[发明专利]一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池背电极及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及薄膜太阳能电池技术领域，具体是一种精确控制钠扩散的铜铟镓硒薄膜太阳能电池背电极及其制备方法。

背景技术

在现有的太阳能电池技术中，铜铟镓硒（简称CIGS） 薄膜太阳能电池具有光电转化率高、弱光性能好、成本低，既可以在硬质衬底，如玻璃上成膜做成刚性组件，又可以在柔性衬底上，如不锈钢、铝和耐高温高分子材料上做成柔性组件，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。

CIGS 薄膜太阳能电池的理论最高效率为33％，而现在实验室可以做到的最高效率才达到21.7％，还有很大的提高空间。CIGS薄膜太阳能电池制备方法很多，目前主流工艺有二种：一种是先在背电极/衬底基片上采用磁控溅射的方法沉积铜铟镓CIG金属预制层，然后采用预沉积硒或在硒化氢环境中快速升温热处理的方法进行硒化，形成CIGS吸收层；另一种是在高温背电极/衬底基片上采用磁控溅射或共蒸的方法同时沉积铜、铟、镓、硒四种元素，以生成CIGS吸收层薄膜。

在CIGS吸收层制备过程中，少量钠的存在有助于改善CIGS的晶体结构，进一步提高CIGS薄膜太阳能电池的光电转化率。当衬底基板是钠-钙玻璃时，在先沉积铜铟镓金属预制层后高温硒化过程中或CIGS四种元素高温共沉积过程中，玻璃中的钠扩散穿过背电极进入CIGS吸收层，但由于钠-钙玻璃中钠的含量较大，而且不同玻璃基板的钠含量的变化，导致扩散进入CIGS层的钠总量的不确定性，最终导致CIGS晶体结构的不确定，影响CIGS薄膜电池光电转化率，当衬底基板材料为不锈钢或耐高温高分子材料时，则需要外加Na扩散源，为了精确控制钠的数量以及外加Na扩散源， 研究人员通过在背电极表面沉积一定厚度的NaF的方法，建立Na扩散源以及控制钠的总量，但是在背电极表面沉积NaF作扩散源的方法容易造成对吸收层和背电极之间结合力的下降，对电池的后续处理造成影响，因此，在CIGS太阳能电池制备过程中Na的精确控制是制备高效CIGS薄膜太阳电池关键技术之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池背电极及其制备方法，能够同时确保背电极金属导电层和CIGS光吸收层在高温处理过程中保持稳定。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池背电极，包括由下至上依次设置的衬底、金属导电层、阻挡层、Na合金层与外保护导电层；

所述阻挡层为过渡金属氮化物或氮氧化物；所述Na合金层由Na与另一种合金元素构成，Na合金层中的Na含量为2～10%摩尔比；Na合金层厚度为20～50nm。

进一步的，所述Na合金层中的另一种合金元素为Ti、Zr、Cr、V、Nb、Ta、Mo、W、Ni或Cu。

进一步的，所述过渡金属氮化物中的过渡金属为Ti、Zr、Cr、V、Nb、Ta、Mo、W、Ni或Cu。

进一步的，所述衬底为玻璃基板、柔性不锈钢基板或耐高温高分子基板。

进一步的，所述金属导电层为Mo、W、Ta、Cu、Cr的其中一种或两种以上。

进一步的，所述外保护导电层为Mo。

进一步的，所述金属导电层的厚度为100～500nm；阻挡层的厚度为10～80nm；外保护导电层的厚度为20～100nm。

本发明还提供一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池背电极的制备方法，包括以下步骤：

S1、采用磁控溅射在衬底上沉积金属导电层；

S2、在金属导电层表面沉积由过渡金属氮化物或氮氧化物构成的阻挡层；

S3、在阻挡层表面沉积Na含量在2～10%摩尔比的Na合金层；

S4、在Na合金层表面沉积外保护导电层，得到权利要求1所述的铜铟镓硒薄膜太阳能电池背电极。

进一步的，所述磁控溅射的工作气体为氩气，反应气体为氮气与氧气。

本发明的有益效果是，在铜铟镓硒薄膜太阳能电池背电极中引入Na合金层与阻挡层，Na合金层作为Na扩散源，为铜铟镓硒光吸收层提供晶体生长需要的Na，位于Na合金层下面的阻挡层能够阻止Na合金层中的Na向衬底方向扩散，同时也阻止衬底中的杂质向铜铟镓硒光吸收层扩散，实现Na的精准控制，使铜铟镓硒晶体结构达到最佳；另外，阻挡层也阻止了在高温硒化或铜铟镓硒高温共沉积过程中硒元素向金属导电层的扩散，避免了硒和金属导电层之间的反应，确保金属导电层在铜铟镓硒光吸收层生成过程中的稳定性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：