[发明专利]一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池窗口层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，具体涉及一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池窗口层及其制备方法。

背景技术

在传统的铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池中，一般采用溅射i-ZnO加上ITO或者AZO层作为电池的窗口层，但这样的结构存在一定的弊端。首先，i-ZnO沉积速率低，使用DC电源沉积薄膜，无法满足工业化生产要求，如果换用RF电源沉积薄膜，虽然能提高生产速率，但是RF设备通常造价昂贵，而且该设备对操作人员具有很大的危害性。其次，窗口层作为薄膜太阳能电池的顶电极，要求薄膜具有优良的导电性能和较高的透光率，ITO薄膜虽然具有良好的导电性能，但是单层的ITO薄膜在可见光区域透过率差，而且ITO靶材价格昂贵，不利于生产成本的控制；如果使用AZO薄膜，虽然有比较好的透过率，但导电性能较ITO薄膜差些，会造成薄膜串联电阻的增大，影响电池效率。最后，无论使用ITO还是AZO薄膜作为窗口层，都要先溅射一层i-ZnO，需要使用两种不同的电源，大大增加了生产成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池窗口层及其制备方法，以解决现有技术的不足。

本发明采用以下技术方案：

一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池窗口层，从底面往上由下膜层和上膜层组成，下膜层为掺杂ZnO膜层，上膜层为ITO膜层或掺杂ZnO膜层，下膜层和上膜层均为掺杂ZnO膜层时，为不同掺杂ZnO膜层。

优选地，下膜层的厚度为5-300nm，上膜层的厚度为50-600nm。

优选地，下膜层包括AZO膜层、BZO膜层、SZO膜层或FZO膜层；上膜层包括ITO膜层、MZO膜层、GZO膜层或AZO膜层。

优选地，下膜层靶材掺杂量不高于10％，上膜层靶材掺杂量不高于10％。

优选地，下膜层靶材掺杂量为0.1-3％，上膜层靶材掺杂量为0.1-3％。

上述铜铟镓硒薄膜太阳能电池窗口层的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、将依次沉积背电极、吸收层、缓冲层的衬底放入真空腔室；

步骤二、真空腔室分为若干个沉积室，前置沉积室安装下膜层靶材，后续沉积室安装上膜层靶材，真空腔室温度维持在50-350℃下，抽真空至低于5×10^-4Torr，后充气氛维持真空腔室在1-30m Torr下；

步骤三、待真空腔室气压稳定后，采用DC磁控溅射、MF磁控溅射或RF磁控溅射分别对下膜层靶材和上膜层靶材进行溅射，在衬底上依次溅射下膜层和上膜层。

优选地，步骤一所述衬底为不锈钢衬底、玻璃衬底或高分子聚合物衬底；步骤二所述下膜层靶材和上膜层靶材为旋转靶或平面靶。

优选地，步骤二前置沉积室气氛为惰性气体和氧化性气体的混合，惰性气体是氧化性气体的1-80倍，惰性气体和氧化性气体按比例混合后再充入前置沉积室；后续沉积室气氛为惰性气体、氧化性气体、还原性气体的混合，惰性气体是还原性气体的1-100倍，还原性气体是氧化性气体的1-100倍，惰性气体、氧化性气体、还原性气体按比例混合后再充入后续沉积室；或惰性气体和水蒸气的混合，惰性气体是水蒸气的1-80倍，惰性气体和水蒸气按比例混合后再充入后续沉积室。

优选地，前置沉积室气氛中惰性气体包括氩气、氪气、氙气中的一种或多种，氧化性气体包括氧气；后续沉积室气氛中，惰性气体包括氩气、氪气、氙气中的一种或多种，氧化性气体包括氧气，还原性气体包括氢气。

优选地，步骤三下膜层靶材和上膜层靶材预溅射一段时间，当预溅射完成后，设备自动运行正常溅射程序直至结束；下膜层和上膜层溅射完成后，还包括退火处理。

本发明的有益效果：

1、本发明铜铟镓硒薄膜太阳能电池使用下膜层和上膜层作为窗口层，两种不同的薄膜都可以使用常见的DC电源去沉积，无需增加额外的装置，操作方便，利于生产。沉积下膜层时，可以选择不同掺杂的ZnO靶材，通过调节沉积温度、气氛、气压、功率等，得到满足生产要求的下膜层，加上连续生产的上膜层，与整体电池相匹配，此过程提高了生产效率，减少生产成本，薄膜质量易于控制。