[发明专利]铜铟镓硒太阳能电池装置及其制备方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及太阳能电池领域，尤其涉及一种铜铟镓硒太阳能电池装置及其制备方法。

【背景技术】

铜铟镓硒(CIGS)薄膜光伏电池具有低成本、高效率、稳定性好等优点，是公认的最具有发展和市场潜力的第二代太阳能电池。人们对其研究兴起于上个世纪八十年代初，经过三十多年发展，CIGS薄膜太阳能电池的理论研究以及制备工艺取得了可喜的成果。CIGS薄膜太阳能电池的最高实验室光电转化效率达到20.3％，是目前转化效率最高的薄膜光伏电池。

传统的CIGS薄膜光伏电池普遍采用ZnO:Al透明电极作为窗口层，由于ZnO:Al薄膜具有较高的载流子浓度(10²⁰～10²¹cm^-3)，使得薄膜在近红外波段具有较高的自由载流子吸收，此部分的光损耗，降低了电池的有效光利用率，最终降低了电池性能。尽管研究工作者通过对薄膜工艺进行改善，降低Al的浓度同时进行掺H处理，或者对窗口层进行绒面处理形成陷光结构，但是这些方法并不能完全避免窗口层薄膜在近红外波段的吸收损耗，而且使电池的制备工艺更加繁琐，不利于CIGS薄膜电池成本的降低。

【发明内容】

基于此，有必要提供一种有效光利用率较高的铜铟镓硒太阳能电池装置及其制备方法。

一种铜铟镓硒太阳能电池装置，包括依次层叠设置的衬底、背电极层、铜铟镓硒光吸收层、缓冲层、阻挡层及导电窗口层，所述导电窗口层为n型的石墨烯薄膜。

在优选的实施方式中，所述n型的石墨烯薄膜包括多层层叠设置的单层石墨烯。

进一步优选的，所述多层是4层。

在优选的实施方式中，所述衬底的材料为玻璃、不锈钢或柔性聚合物；所述背电极层的材料为钼；所述缓冲层的材料为硫化镉；所述阻挡层的材料为i-ZnO。

一种铜铟镓硒太阳能电池装置的制备方法，包括如下步骤：在衬底上制备依次层叠设置的背电极层、铜铟镓硒光吸收层、缓冲层及阻挡层；在所述阻挡层表面粘合石墨烯薄膜；对所述石墨烯薄膜处理形成n型的石墨烯薄膜作为导电窗口层；及对所述n型的石墨烯薄膜与所述阻挡层之间进行键合处理，得到所述铜铟镓硒太阳能电池。

在优选的实施方式中，在衬底上制备依次层叠设置的背电极层、铜铟镓硒光吸收层、缓冲层及阻挡层包括如下步骤：使用磁控溅射钼金属靶材沉积得到钼金属层作为背电极层；使用磁控溅射硒化或者四源共蒸发工艺制备铜铟镓硒光吸收层；使用化学水浴法沉积硫化镉得到硫化镉层作为缓冲层；使用射频磁控溅射氧化锌陶瓷靶材沉积i-ZnO高阻层作为阻挡层，其中，所述射频磁控溅射氧化锌陶瓷靶材过程中功率密度为0.5～0.8W/cm²，溅射时间为10min～15min，气流体积比Ar∶O₂为10∶1。

在优选的实施方式中，所述石墨烯薄膜为单层石墨烯，所述在阻挡层表面粘合石墨烯薄膜包括如下步骤：用化学气相沉积法在金属基底上制备单层石墨烯；在所述单层石墨烯表面涂覆一层树脂载体；腐蚀去除所述金属基底，洗净后得到粘有树脂载体的所述单层石墨烯；将粘有树脂载体的单层石墨烯贴附在所述阻挡层表面；以及溶解去除树脂载体。

在优选的实施方式中，所述石墨烯薄膜为多层层叠设置的单层石墨烯，所述在阻挡层表面粘合石墨烯薄膜包括如下步骤：用化学气相沉积法在金属基底上制备单层石墨烯；在所述单层石墨烯表面涂覆一层树脂载体；腐蚀去除所述金属基底，洗净后得到粘有树脂载体的所述单层石墨烯；将粘有树脂载体的单层石墨烯贴附在所述阻挡层表面；溶解去除树脂载体；以及重复上述步骤将多层的单层石墨烯贴附在所述阻挡层表面。

在优选的实施方式中，所述用化学气相沉积法在金属基底上制备单层石墨烯薄膜包括如下步骤：室温下，将清洗后的金属基底放入化学气相沉积炉中，抽真空后通入氢气，并调节氢气流量至炉中气压为250～350毫托；升温至900～1000℃，将所述金属基底在氢气氛围下退火20～30分钟；向炉中通入甲烷，调节甲烷流量为10sccm，并控制氢气流量为5sccm，保持加热温度不变，反应25～35分钟后降温至室温，取出金属基底，所述金属基底表面即沉积有单层石墨烯。

在优选的实施方式中，对所述石墨烯薄膜处理形成n型的石墨烯薄膜的步骤包括：将前步骤制得的结构置于体积浓度为20％～99％的乙醇水溶液中浸泡或者其蒸汽中浸没处理10～15分钟，或者将前步骤制得的结构置于体积浓度为5％～35％的氨水中浸泡或者其蒸汽中浸没处理10～15分钟，最后通入氮气吹干，对石墨烯薄膜进行n型掺杂。