[发明专利]CIGS基薄膜太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及薄膜太阳能电池技术领域，尤其涉及一种CIGS基薄膜太阳能电池及其制备方法。

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，已超过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。

CIGS基薄膜太阳能电池构成为：顺序地形成在衬底上形成金属背电极层、在其上形成具有黄铜矿结构的p型光吸收层、还有由n型高电阻缓冲层、n型透明导电膜形成的窗口层。

目前，CIGS基薄膜太阳能电池中的背电极一般为金属Mo导电层，这种金属背电极具有较好的导电性和耐硒、硫腐蚀的能力，p型半导体光吸收层层叠于钼电极层上，钼电极层与p型光吸收层接触，钼电极层作为电池的“+”极。然而，金属背电极层与p型光吸收层界面处存在很高的由界面原子不饱和悬挂键和界面材料晶格失配导致的缺陷态密度，这些大量存在的缺陷能级是载流子发生复合的通路。电子作为p型半导体中的少子，当出现在这一界面附近时，很容易被缺陷能级俘获，通过缺陷能级跃迁到价带与空穴复合，降低了载流子收集效率，从而使薄膜太阳能电池的开路电压较低，从而影响薄膜电池的光电转化效率。

现有的CIGS基薄膜太阳能电池制备工艺也是导致上述缺陷的主要原因，具体示例如下：

制备工艺1

在一衬底为钠钙玻璃上采用磁控溅射沉积500nm的金属钼电极层；接着在金属钼电极层上采用磁控溅射沉积铜铟镓金属预制层，然后将其放入到加热炉中进行硒化热处理，从而形成厚度为1.8um的具有黄铜矿结构的铜铟镓二硒光吸收层；在光吸收层上采用化学浴（CBD）方法沉积50nm的CdS膜层作为缓冲层；在缓冲层上采用磁控溅射沉积40nm的本征ZnO膜层；接着在本征ZnO膜层上采用磁控溅射沉积800nm的AZO膜层。经测试，薄膜电池的开路电压623mV。

制备工艺2

在一衬底为钠钙玻璃上采用磁控溅射沉积500nm的金属钛电极层；接着在金属钛电极层上采用磁控溅射沉积铜铟镓金属预制层，然后将其放入到加热炉中进行先硒化后硫化热处理，从而形成厚度为2.0um的具有黄铜矿结构的铜铟镓二硒硫光吸收层；在光吸收层上采用化学浴（CBD）方法沉积40nm的ZnS膜层作为缓冲层；在缓冲层上采用磁控溅射沉积50nm的本征ZnO膜层；接着在本征ZnO膜层上采用磁控溅射沉积800nm的AZO膜层。经测试，薄膜电池的开路电压635mV。

从上述两种常用制备工艺制得的薄膜电池可见其开路电压均较低，甚至不超过635mV。

发明内容

本发明要解决的技术问题，在于提供一种具备在光吸收层与背电极层之间易于形成点接触的CIGS基薄膜太阳能电池，依次包括衬底、金属背电极层、p型光吸收层、缓冲层和n型透明导电膜层，所述金属背电极层与p型光吸收层之间还包括一层绝缘薄膜层，所述绝缘薄膜层上分布多个不规则孔洞。

进一步地，所述的绝缘薄膜层为氧化硅薄膜层、氮化硅薄膜层或者氮氧化硅薄膜层。

进一步地，所述衬底为玻璃基板、聚酰亚胺板、铝薄板或不锈钢板；所述背电极层可为Mo层、Ti层或它们的组合；所述p型光吸收层为化合物半导体构成，所述化合物为铜铟镓硒、铜铟镓硒硫、铜铟镓硫、铜铟铝硒、铜铟铝硫、铜铟铝硒硫、铜铟硒硫、铜铟硒、铜铟硫、铜铟铝镓硒、铜铟铝镓硫或铜铟铝镓硒硫；所述缓冲层为硫化镉、氧化锌、硫化锌、硒化锌、硫化铟、硫硒化铟或锌镁氧化物中的一种或两种以上；所述n型透明导电膜层为氧化铟掺杂锡、氧化锌掺杂硼、氧化锌掺杂铝、氧化锌掺杂镓、氧化锌掺杂铟、氧化锡掺杂氟、氧化锡掺杂锑中的一种或两种以上透明导电氧化物膜层，或者为金属基透明导电膜层。

进一步地，可在衬底与金属背电极层之间插入一层阻挡层，在缓冲层与n型透明导电层之间插入一层本征氧化锌膜层或一层具有高电阻率的掺杂氧化锌膜层，在n型透明导电层上可沉积一减反射膜层。

进一步地，所述的绝缘薄膜层的厚度不大于500nm。