[发明专利]一种CIGS基薄膜光伏材料的钠掺杂方法

说明书

技术领域

本发明涉及薄膜太阳能电池技术领域，更具体的，本发明提供一种CIGS基薄膜光伏材料的钠掺杂的方法和结构。

背景技术

随着全球气候变暖、生态环境恶化和常规能源的短缺，越来越多的国家开始大力发展太阳能利用技术。太阳能光伏发电是零排放的清洁能源，具有安全可靠、无噪音、无污染、资源取之不尽、建设周期短、使用寿命长等优势，因而备受关注。铜铟镓硒（CIGS）是一种直接带隙的P型半导体材料，其吸收系数高达105/cm，2um厚的铜铟镓硒薄膜就可吸收90%以上的太阳光。CIGS薄膜的带隙从1.04eV到1.67eV范围内连续可调，可实现与太阳光谱的最佳匹配。铜铟镓硒薄膜太阳电池作为新一代的薄膜电池具有成本低、性能稳定、抗辐射能力强、弱光也能发电等优点，其转换效率在薄膜太阳能电池中是最高的，可接近20%的转化率，因此日本、德国、美国等国家都投入巨资进行研究和产业化。

太阳能在环境上是清洁的并且从某种角度上已经成功，但是，在使其进入普通百姓的家庭之前，仍有许多问题有待解决。例如，单晶硅太阳能电池能够将光能转化为电能，然而，单晶硅材料是比较昂贵的。在使用薄膜技术制造太阳能电池时，也存在一些问题，如薄膜的可靠性较差，并且在传统的环境应用中不能长时间使用，薄膜难以彼此有效的结合在一起等。

为提高CIGS基薄膜电池的转换效率，有必要将碱金属掺杂到CIGS光吸收层中，研究表明，钠的掺杂对CIGS基薄膜电池的转换效率提升最大，接着是钾和锂。在光吸收层中比较典型的钠浓度为0.1at%数量级。

中国专利CN200580011949.0公开了对光吸收层的碱金属掺杂方法，即在Mo电极层上形成Na浸渍层，接着在其上再形成CIGS光吸收层。此种方法会存在以下问题：1）使用碱稀释溶液在Mo电极层上形成Na浸渍层会造成工艺的复杂化；2）在Mo电极层与CIGS光吸收层之间形成Na浸渍层，会造成Mo电极层与CIGS光吸收层之间的粘结不牢固，容易使膜层剥落；3）在Mo电极层与CIGS光吸收层之间形成Na浸渍层，在经过硒化或硫化工序之后，其表面会出现斑点，这会使产品的外观大为受损而导致商品价值下降。

中国专利CN200580014778.7公开了一种黄铜矿型薄膜太阳能电池的制造方法，该方法由如下工序组成：第一工序是在Mo电极层上形成通过溅射法而层叠了In金属层和Cu-Ga合金层的前驱物质；第二工序为在前驱物质上附着碱金属含有液，形成一含碱层，该含碱层为四硼酸钠；第三工序是对其进行硒化处理，从而形成CIGS光吸收层。该专利公开的方法可以解决Mo电极层与CIGS光吸收之间粘结不牢的问题，且硒化后其外观不会出现斑点问题，但是该专利用四硼酸钠对CIGS光吸收层进行碱掺杂的过程，硼元素会扩散进入CIGS光吸收层，会使CIGS光吸收层受到毒化，从而使电池的性能下降。该专利使用湿法对CIGS光吸收层进行碱金属的掺杂，会使整个工艺复杂化。

发明内容

本发明的主要目的在于解决现有技术中存在的问题：在CIGS光吸收层进行碱掺杂过程中，1）Mo电极层与CIGS光吸收层粘结不牢，2）硒化或硫化后其表面会出现斑点影响其外观，3）引入能够毒化CIGS光吸收层的硼元素，造成电池性能下降，4）工艺实现的复杂化。

本发明为解决现有技术中存在的问题采用如下技术方案：使用包含58-82at%Ga和18-42at%Na的镓钠合金材料沉积薄膜，使其对CIGS基薄膜光伏材料的光吸收层进行钠掺杂。所述的镓钠合金材料的Ga含量优选为62-78at%，Na含量优选为22-38at%；镓钠合金材料的Ga含量更优选为65-75at%，Na含量更优选为25-35at%；镓钠合金材料的Ga含量最优选为70at%，Na含量最优选为30at%；镓钠合金材料可通过溅射沉积薄膜、真空蒸镀沉积薄膜或用别的其它合适的沉积方法沉积薄膜。所述的光吸收层为铜铟镓硒、铜铟镓硫或铜铟镓硒硫。