[发明专利]一种新技术制备缓冲层以提高铜铟镓硒太阳能电池的光电转换效率

说明书

技术领域

本发明属于太阳能电池领域，涉及到一种铜铟镓硒(简称CIGS)薄膜太阳能电池器件。

背景技术

一切能量都来自于能源，人类的生活离不开能源。进入21世纪后，人类目前技术可开发的能源资源已将面临严重不足的危机，特别是当今煤炭、石油和天然气等矿石燃料资源日益枯竭，甚至只能维持几十年。因此，必须寻找可持续的替代新能源。另外，煤炭、石油和天然气等矿石燃料在使用过程中，还会带来一系列的环境问题：全球性的温室效应使得全球气温升高，海平面上升；空气污染；干旱，荒漠化；废气、废物、废液大量排放，造成人类环境的严重污染。

所以寻找清洁的可再生新能源成为当前人类很迫切的任务。在现有的可再生新能源中，太阳能成为最受人们关注的清洁新能源。太阳能具有很多优点，它随处可得，数量巨大；取之不尽，用之不竭；既清洁又安全，无污染，又不会影响生态环境。所以，开发利用太阳能成为世界各国发展清洁新能源的战略决策。

在现有的太阳能电池技术中，硅基太阳能技术是目前最为成熟的，也是市场占有率最高的，但是受制于高耗能、高污染的制备过程，使其并不能成为最理想的太阳能技术。铜铟镓硒(简称CIGS)薄膜太阳能电池具有光吸收能力强，稳定性好、抗辐照性能好、效率高、成本低，可以做成柔性组件，最适合作为光伏建筑一体化(BIPV)使用等优点，受到了人们关注，是一种很有发展潜力的太阳能电池技术。

现在CIGS薄膜太阳能电池的理论最高效率为33％，最新报道，现在实验室制备的CIGS薄膜太阳能电池的最高效率可达到21.7％。为了得到高效的CIGS薄膜太阳能电池，在CIGS吸收层和透明电极(TCO)之间，往往需要加入一缓冲层。缓冲层的作用是减少CIGS吸收层和透明电极之间的晶格失配和能级失配，还可以保护吸收层表面，在减少透明电极的时候不被破坏，从而减小界面复合，提高光电转换效率。缓冲层起着重要的作用，它的薄膜质量和光电特性会对铜铟镓硒太阳能电池器件的光电转换效率产生很重要的影响。在本发明中，我们以硫化镉(CdS)缓冲层材料作为例证，提出一种新的技术，可以提高硫化镉缓冲层的质量，从而提高CIGS太阳能电池的光电转换效率。

最常用的生长硫化镉薄膜的办法是化学水浴法(ChemicalBathDeposition，CBD)，化学水浴法制备硫化镉薄膜的优点在于：工艺简单，成本低廉，成膜均匀致密，与铜铟镓硒吸收层的晶格以及能级的匹配性好，容易规模化生产。特别是水浴法生长过程中，溶液中的镉离子可以掺杂到铜铟镓硒吸收层，在铜铟镓硒表面形成一层反型层，可以减少载流子在铜铟镓硒吸收层和缓冲层界面的复合。本发明提出了一种新的技术，对于传统的CBD方法制备硫化镉薄膜进行了改进，我们改进的方法是在CBD的过程中，对于反应溶液加入超声处理，实验证实，采用我们的技术制备的硫化镉薄膜，可以提高铜铟镓硒太阳能电池的光电转换效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改进的化学水浴法方法来制备硫化镉薄膜，以提高铜铟镓硒太阳能电池的光电转换效率。为了对本发明的技术方案做更好的说明，本文中采用常用的CIGS太阳能电池器件结构作为例证(如附图1所示)。器件结构包括：

—衬底(1)，衬底可以是玻璃，也可以是柔性衬底如不锈钢或者聚酰亚胺PI塑料，用于承托CIGS器件。使用之前需要进行清洗处理。

—金属背电极(2)，一般常用金属钼(Mo)作为背电极，用溅射的办法沉积在玻璃衬底(1)上，可以作为正极导出空穴。

—吸收层(3)，CIGS吸收层一般沉积在背电极上，用于吸收入射太阳光。CIGS吸收层可以采用溅射后硒化，多元共蒸，电镀，溶液法等沉积技术均可。

—缓冲层(4)，一般利用化学水浴法制备硫化镉(CdS)作为缓冲层(4)沉积在吸收层(3)上，它既可以和p型的CIGS层形成pn结，有可以作为CIGS层与ZnO层的过渡层，能够缓冲晶格失配和能带台阶。在本发明中，我们在化学水浴法沉积硫化镉的过程中引入超声，以提高太阳能电池器件的性能。

—透明电极TCO(5)，常用高阻氧化锌(IZO)和掺铝氧化锌(AZO)作为透明电极(5)制作在缓冲层(4)上，既可以透过太阳光，又可以收集传输电子，作为太阳能电池的负极。

—金属栅极(6)，常用镍铝(Ni/Al)电极沉积在AZO层上面，可以更有效的收集电子并把电子导出。在实际应用中，大面积的CIGS电池组件产品是不需要金属栅极(6)的，而是用激光刻划的办法在电池组件内部进行串联或者并联，组件表面是看不到金属电极的，这样的组件相比晶硅组件美观大方，更适用于光伏建筑一体化。