[发明专利]薄膜太阳能电池及其缓冲层的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，特别是涉及一种薄膜太阳能电池及其缓冲层的制备方法。

背景技术

薄膜太阳能电池具有成本低、效率高和稳定性好等优点，最高效率已经达到21.7％，是公认的最具有发展和市场潜力的第二代太阳能电池。其典型结构为衬底/背电极Mo/吸收层/缓冲层CdS/高阻层i-ZnO/透明导电层AZO/金属栅电极等多层结构。

CdS作为缓冲层具有以下作用：第一，它能够钝化吸收层的表面态，使之不成为载流子强复合中心；第二，它的致密分布能有效地阻止电池的短路，降低漏电流；第三，较薄的CdS层能有效地降低无效光吸收；第四，它提供正电荷，导致吸收层在吸收层/缓冲层界面处反型。第五，它提供对吸收层的保护，避免后续溅射镀膜过程的破坏。高阻层i-ZnO能够减少甚至消灭CdS薄膜上可能存在的小孔洞，减少因此引发的电池内部短路问题。但是CdS作为缓冲层存在以下缺点：第一，CdS的带隙为2.5eV，能量高于2.5eV的可见光子被缓冲层吸收一部分而不能到达吸收层，降低了吸收层的吸光效率从而降低了薄膜太阳能电池的整体光电转换效率；第二，CdS的常用制备方法是化学浴沉积法，而薄膜太阳能电池其它层的制备通常在真空设备中进行，湿法和干法工艺的混合运用，不利于薄膜太阳能电池的大规模生产；第三，重金属Cd对人体和环境都有所危害；第四，缓冲层和高阻层之间存在界面，会阻碍电子的运输，不利于电流密度的提升。

Zn_1-xMg_xO的带隙宽度在3.3～7.8eV范围内可调，对可见光的透过率较高，而且与铜基薄膜太阳能吸收层之间的晶格匹配好，能带失调小。该材料已经被相关研究证明是替代薄膜太阳能电池中缓冲层与高阻层的有效材料。目前，制备Zn_1-xMg_xO薄膜的方法有共蒸发法、射频磁控溅射法和原子层沉积法等。Zn_1-xMg_xO薄膜用于CIGS(铜铟镓硒)薄膜太阳电池中时，一般采用射频磁控溅射法生长。溅射会对CIGS吸收层造成损伤，同时由于Mg原子半径较小，会扩散到CIGS吸收层中，致使CIGS吸收层的载流子浓度发生变化，导致电池的开路电压降低。此外当Zn_1-xMg_xO中Mg含量较低时，Eg值较小，会致使缓冲层的导带底低于CIGS吸收层的导带，形成反向的导带偏移，导致缓冲层与吸收层界面处的载流子复合，致使开路电压降低；而Mg含量过高时，Eg值较大，会致使缓冲层的导带底显著高于CIGS吸收层的导带，形成较高的电子势垒，阻碍电子的运输，进而导致短路电流密度降低。因此，现有的Zn_1-xMg_xO缓冲层薄膜采用单一的锌镁比例，很难实现薄膜太阳能电池的开路电压与短路电流密度的共同提高。

发明内容

基于此，有必要提供一种能实现开路电压与短路电流密度共同提高的薄膜太阳能电池及其缓冲层的制备方法。

一种薄膜太阳能电池，包括依次叠合的衬底、背电极层、光吸收层、缓冲层和透明导电层，所述缓冲层包括依次叠合的多层子缓冲层，所述子缓冲层为Zn_1-xMg_xO，其中0≤x≤t，0.2≤t≤0.4，随所述光吸收层至所述透明导电层的方向上，多层所述子缓冲层的x值在0至t的范围内逐渐减小。

一种薄膜太阳能电池的缓冲层的制备方法，包括以下步骤：

(1)、在沉积基体上依次沉积氧化锌单分子层和氧化镁单分子层，控制氧化锌单分子层和氧化镁单分子层的沉积次数比例为(1-x):x，得到子缓冲层，所述子缓冲层为Zn_1-xMg_xO，其中0≤x≤t，0.2≤t≤0.4；及

(2)、将步骤(1)进行多次，且保持多次步骤(1)中x值在0至t的范围内逐渐减小，得到所述薄膜太阳能电池的缓冲层，所述缓冲层包括依次叠合的多层所述子缓冲层。

附图说明

图1为一实施方式的薄膜太阳能电池的缓冲层的制备方法的流程图；

图2为一实施方式的薄膜太阳能电池的结构示意图；

图3为实施例1制备的CIGS薄膜太阳能电池的缓冲层的结构示意图；

图4为实施例1制备的CIGS薄膜太阳能电池的能带结构图。

具体实施方式