[发明专利]一种薄膜太阳能电池的制备方法及其制备装置

说明书

本发明涉及一种薄膜太阳能电池的制备方法及其制备装置。该制备方法包括在薄膜太阳能电池的窗口层表面利用电化学沉积法制备纳米结构阵列层。该制备装置包括储液池，储液池内存储有电解液；电池传递装置，用于将薄膜太阳能电池以窗口层朝下并浸润在电解液中的状态下以预定的速度穿过储液池；电化学工作站，电化学工作站位于储液池的上方。本发明通过卷对卷式电化学沉积工艺在薄膜太阳能电池的窗口层制备纳米结构阵列，利用亚波长尺寸的纳米结构形成蛾眼效应，在窗口层和空气界面形成渐变折射率，有效抑制电池表面入射光的反射，增大光吸收，提高薄膜太阳能电池的光电转换效率；同时卷对卷式的工艺流程可以直接整合到现有产线中，实现在线连续生产。

技术领域

本发明涉及薄膜太阳能电池技术领域，具体涉及一种薄膜太阳能电池的制备方法及其制备装置。

背景技术

目前现有的在柔性衬底上制备的CIGS薄膜电池(CIGS：铜铟镓硒)的典型工艺为，先在柔性衬底上通过磁控溅射工艺制备一层均匀的Mo薄膜层(Mo：钼)作为背电极，Mo薄膜层的厚度为500nm左右；在Mo薄膜层上通过四元共蒸发法，或磁控溅射法制备CIGS四元化合物吸收层，吸收层的厚度为1.5μm左右；在吸收层之上再依次用化学水浴法或溅射法等制备缓冲层、用磁控溅射法制备高阻层和TCO窗口层(TCO：透明导电氧化物)，最后制备栅线电极。所有步骤的制备工艺都是在卷对卷的制备设备上实现的。

提升电池光电转换效率一直是推动太阳能电池技术和产业发展的主要核心。入射光损失是电池光电转换效率损耗的主要机制之一，现有的制备柔性CIGS薄膜太阳能电池的工艺中，在TCO窗口层表面不使用或使用一层单层体材料薄膜(如MgF₂,CaF₂,SiN等)作为减反射层。不使用减反射层的缺点是在TCO窗口层表面与空气存在折射率陡变，导致部分入射光无法进入电池内部而损失掉；使用单层体材料薄膜作为减反射层的缺点有如下四点：(1)作为减反射层的材料与窗口层材料通常为不同材料，因此存在热膨胀失配等问题；(2)减反射层材料需要具有特定折射率才能发挥减反射效果，因此对材料的选择很有限；(3)减反射层只对特定波长、特定角度的入射光有效，因此其减反效果有局限性；(4)减反射制备工艺没有实现卷对卷式生产，因此无法整合到现有的产线中。

现有技术中，中国专利CN103668376B公开了一种卷对卷制作电极材料的方法，其将卷对卷的制作工艺与电化学沉积过程相结合来制作电极材料，但是该专利并没有涉及减反射层结构的改进。

发明内容

本发明旨在提供一种薄膜太阳能电池的制备方法及其制备装置，通过在卷对卷的薄膜电池制备工艺基础上，利用卷对卷式电化学沉积工艺在薄膜太阳能电池的窗口层制备纳米结构阵列，利用亚波长尺寸的纳米结构形成蛾眼效应，在窗口层和空气界面形成渐变折射率，有效抑制电池表面入射光的反射，增大光吸收，提高薄膜太阳能电池的光电转换效率；同时卷对卷式的工艺流程可以直接整合到现有产线中，实现在线连续生产。

本发明的第一方面是提供一种所述的薄膜太阳能电池的制备方法，其包括：在窗口层的表面利用电化学沉积法制备纳米结构阵列层。

在一些实施方案中，所述的制备纳米结构阵列层的工艺流程包括：以含金属离子的溶液为电解液，通过卷对卷工艺在薄膜太阳能电池的窗口层表面连续沉积纳米结构阵列层。

在进一步地实施方案中，所述含金属离子的溶液中的金属离子选自锌离子或铝离子。

在另一些实施方案中，所述的制备纳米结构阵列层的工艺流程包括：

步骤一、配制含金属离子的溶液作为电解液，搅拌使溶液混合均匀并加热；

步骤二、将薄膜太阳能电池卷轴放卷，使平展的电池窗口层朝下，浸润在电解液表面，并以预定的速度向前移动；同时在电池和电解液中施加电压，从而在电池的窗口层表面沉积纳米结构阵列层。

在进一步地实施方案中，在步骤二中，电池背面设置有加热装置，加热温度保持与电解液温度相同。