[发明专利]一种基于复合衬底的掺钠铜铟镓硒薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

 本发明涉及薄膜太阳电池技术领域，特别是一种基于复合衬底的掺钠铜铟镓硒薄膜及其制备方法。

背景技术

铜铟镓硒材料（CIGS）属于Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族四元化合物半导体，具有黄铜矿的晶体结构。铜铟镓硒薄膜太能电池自20世纪70年代出现以来，得到非常迅速的发展，并将逐步实现产业化。此电池有以下特点：1）铜铟镓硒的禁带宽度可以在1.04eV-1.67eV范围内调整；2）铜铟镓硒是一种直接带隙半导体，对可见光的吸收系数高达10⁵cm^-1，铜铟镓硒吸收层厚度只需1.5-2.5μm，整个电池的厚度为3-4μm；3）抗辐照能力强，比较适合作为空间电源；4）转换效率高，2010年德国太阳能和氢能研究中心（ZSW）研制的小面积铜铟镓硒太阳电池转换效率已高达20.3%；5）弱光特性好。因此铜铟镓硒多晶薄膜太阳电池有望成为下一代太阳电池的主流产品之一。

航空航天领域需要太阳电池有较高的质量比功率，即希望单位质量的太阳电池能发出更多的电量。对于地面光伏建筑物的曲面造型和移动式的光伏电站等要求太阳电池具有柔性、可折叠性和不怕摔碰，这就促进了柔性太阳电池的发展。由于相对较强的耐高温能力和较为适合的膨胀系数，聚酰亚胺（PI）在其中脱颖而出。

然而聚酰亚胺的热膨胀系数还是无法与铜铟镓硒材料本身很好的匹配。在温度较高时，聚酰亚胺会产生较大的形变，导致铜铟镓硒薄膜较为疏松，容易脱落。所以，目前基于聚酰亚胺衬底的铜铟镓硒制备时衬底温度较低。从而导致生长出的薄膜附着性较差、结晶质量较差、晶粒细小、缺陷较多，增加了载流子的复合，缩短了少子的寿命，进而影响了电池性能。

铜铟镓硒薄膜中掺入适量的钠可使铜铟镓硒太阳电池的性能提高30-50%。在传统苏打玻璃衬底的铜铟镓硒太阳电池的制备中，钠可由衬底向铜铟镓硒吸收层自发扩散而实现Na的掺杂。但是由于聚酰亚胺膜中不含有钠元素，并且其高分子的结构阻止复合衬底中钠进入铜铟镓硒吸收层。因此，向基于聚酰亚胺膜-苏打玻璃复合衬底的铜铟镓硒吸收层薄膜中掺入钠就变得极为重要。

发明内容

本发明的目的是针对上述存在问题，提供了一种基于复合衬底的掺钠铜铟镓硒薄膜及其制备方法，该掺钠铜铟镓硒薄膜为基于聚酰亚胺膜-苏打玻璃复合衬底的掺钠铜铟镓硒薄膜，其以钢性衬底制备柔性电池，制备的铜铟镓硒薄膜附着性优秀、结晶质量好、晶粒大、缺陷少；且在掺入钠元素之后，可较大幅度地提高铜铟镓硒薄膜的电学特性，提高电池的开路电压和填充因子，进而提升组件电池的性能。

本发明的技术方案：

一种基于复合衬底的掺钠铜铟镓硒薄膜，该掺钠铜铟镓硒薄膜为基于聚酰亚胺膜-苏打玻璃复合衬底的掺钠铜铟镓硒薄膜，由玻璃、聚酰亚胺和铜铟镓硒吸收层薄膜组成并形成叠层结构，其中衬底由苏打玻璃及生长于其表面的聚酰亚胺膜构成，苏打玻璃的厚度为1.5-2mm，聚酰亚胺膜厚度为25-30μm；铜铟镓硒吸收层薄膜的化学分子式为CuIn_1-xGa_xSe₂，式中x为0.25-0.35，导电类型为p型，薄膜厚度为1.5-2μm。

一种所述基于复合衬底的掺钠铜铟镓硒薄膜的制备方法，首先将聚酰亚胺胶涂覆于苏打玻璃表面，固化成聚酰亚胺膜-苏打玻璃复合衬底，然后在其表面制备一层极薄的氟化钠预置层薄膜，然后在其上制备铜铟镓硒薄膜。

所述聚酰亚胺膜-苏打玻璃复合衬底的制备方法，步骤如下：

1）对苏打玻璃进行表面清洗，清洗方法是：

首先将10cm×10cm的苏打玻璃放入重铬酸钾溶液中浸泡2h，重铬酸钾溶液由300克重铬酸钾、3升浓硫酸和300毫升去离子水配置而成，将苏打玻璃取出用去离子水冲洗后置于浓度为99.5w%的丙酮溶液中，放入超声波清洗机中清洗，超声波频率为20-30kHz，时间为20-25min，然后将苏打玻璃从丙酮溶液中取出，用去离子水冲洗后置于浓度为99.7w%的酒精中，放入超声波清洗机中清洗超声波频率为20-30kHz，时间为20-25min，最后将苏打玻璃从酒精中取出，放入盛有去离子水的烧杯中，放入超声波清洗机中清洗3遍，超声波频率为20-30kHz，时间为20-25min；

2）将聚酰亚胺胶涂覆于苏打玻璃表面，采用匀胶工艺进行匀胶，工艺参数为：转速为1300-1500r/min，时间为35-45s；