[发明专利]一种具有高结合力吸收层的柔性薄膜太阳电池

说明书

技术领域

本发明属于铜铟镓硒薄膜太阳电池技术领域，特别是涉及一种具有高结合力吸收层的 柔性薄膜太阳电池。

背景技术

目前，柔性衬底铜铟镓硒(Cu(In,Ga)Se₂，简称CIGS)薄膜太阳电池具有质量比功率 高、抗辐射能力强、稳定性好等优势，特别是柔性衬底CIGS薄膜电池，其质量比功率一 般大于600W/kg，而且电池组件适合卷对卷制备和单片集成，在批量生产和降低成本方面 具有很大潜力，应用范围更加广泛(相比于刚性衬底)。目前，制约该类电池性能提高的 关键问题和技术难点是高性能CIGS吸收层的沉积技术。

CIGS吸收层是该类太阳电池的核心，提高CIGS吸收层结晶质量，优化其光电性质是 实验室中获得高效率CIGS薄膜太阳电池的关键，同时也是商业化生产中提高电池组件成 品率，降低成本的基础。然而，对于柔性衬底，特别是聚酰亚胺塑料衬底(Polyimide， 简称PI衬底)，除了吸收层结构和光电性质外，CIGS薄膜与衬底和底电极之间的结合力 也是影响电池性能的重要因素之一。先前有专利(专利号：CN200610016182.7)给出了柔 性CIGS薄膜太阳电池的典型结构为：柔性衬底/Mo电极层/CIGS吸收层/CdS缓冲层/透明 导电窗口层/Ni-Al栅电极/减反射膜。该专利没有考虑PI衬底上沉积CIGS吸收层的附着 性问题。由于薄膜层之间的热膨胀系数差别较大，如表1所示，在CIGS吸收层生长过程中， PI衬底受热发生形变，使CIGS薄膜内部积累了较大应力。按照附图1的薄膜电池结构， 得到的CIGS吸收层裂痕较多，甚至出现从Mo/PI衬底上脱落现象，如图3(a)所示。CIGS 吸收层在化学水浴、溅射沉积等后续工艺处理中，脱落问题会更加严重，对电池的性能和 成品率造成很大影响。

表1柔性衬底及相关半导体材料的热膨胀系数

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种具有高结合力吸收层的柔性薄 膜太阳电池。

本发明的目的是提供一种能够获得高结合力CIGS吸收层，有效避免了柔性衬底上的 CIGS薄膜因内应力而开裂、甚至脱落等问题，改善了吸收层电学性质等特点的具有高结 合力吸收层的柔性薄膜太阳电池。

本发明具有高结合力吸收层的柔性薄膜太阳电池结构为：柔性衬底/Mo电极层/应力 缓冲层/CIGS吸收层/CdS缓冲层/透明导电窗口层/Ni-Al栅电极/减反射膜。相比于已有 专利公开的柔性CIGS薄膜太阳电池结构，该结构的特点是在CIGS吸收层与Mo电极层之 间设计了一个应力缓冲层，提高了柔性衬底上生长的CIGS吸收层的结合力，有效避免了 吸收层的脱落问题，能够提高柔性CIGS薄膜太阳电池的性能和成品率。

本发明柔性CIGS薄膜太阳电池包含多层结构，如附图1所示。采用柔性衬底(包括 PI衬底，金属衬底等)，其上结构依次为：Mo底电极(厚度约为0.5～1μm)；应力缓冲 层(In_1-x,Ga_x)₂Se₃薄膜(厚度约为100nm～1000nm，简称IGS)；p型CIGS吸收层(厚度 在1～3μm之间)；n型CdS缓冲层(厚度约为50nm)；i-ZnO层和ZnO:Al窗口层(厚度 分别为50nm和300～500nm)；Ni/Al金属栅电极。对于小面积CIGS薄膜太阳电池，为了 减小因电池表面反射而造成的光吸收损失，提高电池性能，在上述电池结构的表面沉积一 层厚度约为100nm的MgF₂减反射层，如附图2所示。