[发明专利]一种CIGS薄膜太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种CIGS薄膜太阳能电池及其制备方法，包括依次层叠设置的衬底、金属背电极、CIGS吸收层、缓冲层、窗口层及金属栅电极，还包括设于CIGS吸收层与金属背电极之间的过渡金属氧化物层，其中，CIGS吸收层的禁带宽度大于1.2eV，过渡金属氧化物层的功函数大于CIGS吸收层的功函数。本发明的CIGS薄膜太阳能电池，通过将具有高功函数的过渡金属氧化物纳米薄膜用做宽禁带CIGS吸光层与金属背电极的中间层，能有效降低CIGS吸收层与金属背电极之间的势垒，有效降低载流子在界面的复合，提高空穴的收集，从而提高宽禁带CIGS太阳能电池的效率。同时，制备所述太阳能电池的过程可控，重复性好，成本低，便于大面积生产。

技术领域

本发明涉及光伏技术领域，具体涉及一种CIGS薄膜太阳能电池及其制备方法。

背景技术

铜铟镓硒(CIGS)太阳能电池是目前效率最高的薄膜太阳能电池之一，其小面积单元的效率可达22.9％，大面积模组的效率也可达19.2％，具有极大的科研和应用价值，因此，如何进一步提升CIGS太阳能电池效率成为当下研究热点。

禁带宽度的增加可使得太阳能电池能够更有效的利用太阳光能，具有更高的理论极限效率29％，并且将宽禁带的CIGS太阳能电池作为前电池与窄禁带的太阳能电池结合形成叠层电池，有望将电池的效率突破35％，因此可通过增加CIGS太阳能电池的禁带宽度以提高效率，但是在实际使用过程中发现仍存在问题。当将现有CIGS太阳能电池的禁带宽度的1.2eV增加时，随着禁带宽度的增加，CIGS太阳能电池的晶粒细化，晶体间的载流子复合增加；另外禁带宽度增加，CIGS吸收层与金属背电极以及CIGS吸收层与硫化镉(CdS)缓冲层的能带匹配失衡，导致界面载流复合增加。从而导致CIGS太阳能电池的开路电压和填充因子损失增大，电池的效率降低。

为了解决上述技术问题，现有技术中利用控制CIGS吸收层生长过程，在Mo(钼)背电极与CIGS吸收层之间形成一层Mo(Se，S)₂中间层，以降低背接触的势垒，但是随着禁带宽度的增大，Mo(Se，S)₂中间层并不能有效降低背接触附近的肖特基势垒。且Mo(Se，S)₂中间层的厚度和性能受Mo背电极晶体取向、衬底温度、碱金属元素以及吸收层过程中硒量等多个参数影响，其可控性和重复性存在一定困难。

另外为了降低宽禁带太阳能电池中CIGS吸收层与Mo电极之间的势垒，也可用功函数更高的Au、Pt、Ni等金属替代现有技术中的Mo金属，但是存在的问题是Au、Pt、Ni等金属价格昂贵，储量少，在CIGS高温形成过程中不稳定等缺点，很难广泛应用于宽禁带CIGS太阳能电池的制备。

因此，亟待寻找一种能够有效降低宽紧带中背接触附近的肖特基势垒的太阳能电池，提高电池效率，同时该太阳能电池的成本低、重复性和可控性好，便于大面积生产。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种CIGS薄膜太阳能电池及其制备方法，使得其能够有效的降低CIGS吸收层与金属背电极之间的势垒，提高CIGS太阳能电池的效率。

为了达到上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：

在一个总体方面，本发明提供一种CIGS薄膜太阳能电池，包括依次层叠设置的衬底、金属背电极、CIGS吸收层、缓冲层、窗口层及金属栅电极，还包括设于所述CIGS吸收层与所述金属背电极之间的过渡金属氧化物层，其中，所述CIGS吸收层的禁带宽度大于1.2eV，所述过渡金属氧化物层的功函数大于所述CIGS吸收层的功函数。

优选地，所述CIGS吸收层的功函数大于5.2eV。

优选地，所述过渡金属氧化物层的厚度为5～50nm。

优选地，所述过渡金属氧化物为三氧化钼、五氧化二钒、三氧化钨、三氧化铬或四氧化三钴中的一种。