[发明专利]一种低温溅射的石墨烯透明电极薄膜太阳能电池

说明书

本发明提供了一种低温溅射的石墨烯透明电极薄膜太阳能电池，运用于太阳能电池技术领域，在钠钙玻璃基板、或带有钠的柔性基板上、镀约0.35至1.0微米厚钼薄膜、在钼薄膜镀有约0.7至1.5微米厚，或1.0微米标准厚度的光伏‘铜锌锡硒’薄膜层，在‘铜锌锡硒’薄膜层上表面镀上“p‑n结”薄膜；“铜锌锡硒”薄膜及晶体上，镀有0.05微米厚的‘硫化镉’或‘硫化锌’；‘硫化镉’或‘硫化锌’上，镀约0.1微米厚的绝缘层氧化锌；‘氧化锌’上，镀约0.35至1.9微米厚的‘石墨烯透明导电膜’为前电极前电极上，镀上约0.05微米厚的镍，该镍上镀有约3.0微米厚铝膜；铝膜上，镀上约0.05微米厚的一层保护镍；保护镍上，放置约1.0至4.0毫米厚的钠钙覆盖玻璃或其它柔性覆盖层。

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，特别涉及为一种低温溅射的石墨烯透明电极薄膜太阳能电池。

背景技术

现有常见的薄膜太阳能电池，采用‘碲化镉’、‘非晶硅’或‘铜铟镓硒’等薄膜材料，转换太阳能光伏电，采用钠钙玻璃、金属或其它柔性基板，使用高温蒸发，或先使用溅射工艺，镀上金属材料后，再采用‘硒化’或‘碲化’工艺，建立‘P-N结’，然后在吸收层的上层和下层铺上前后电极；除‘非晶硅’，这些薄膜材料都是些十分昂贵的稀少材料，而‘非晶硅’的转换效率太低，‘碲化镉’有污染问题，‘铜铟镓硒’制造工艺十分复杂，很难商品化，尤其对‘铜铟镓硒’薄膜技术，常见使用的电镀沉淀工艺，或使用‘金属’预制膜或‘金属氧化物’经过纳米印刷工艺制造。这些工艺皆不利于批量生产，单‘硒化’工艺，就可长达 8 小时，并需用大量有毒气体，比如使用‘硒化氢’来逐步使‘铜铟镓’薄膜层‘硒’化成‘铜铟镓硒’薄膜层。

为解决低成本批量生产，使太阳能芯片能与传统的煤油发电厂竞争无污染的能源供应，促使太阳能的商业化，我们必须使用有高转换率性能和低成本的原材料。此发明使用一个原子厚的石墨烯透明导电膜为前电极，‘铜锌锡硒’薄膜为吸收层（absorber layer）。要在低温下做好‘铜锌锡硒’薄膜，并能保证它持有最优化的化学成分比例，成为标准的批量生产工艺，我们使用已匹配好化学成分的‘铜锌锡硒’四元素固态靶材，用射频或负离子直流脉冲磁控溅射工艺，一次性镀膜；同时，为避免高温下‘硒’的流失，一般行业采用的工艺是利用‘硒化氢’气体来补充‘硒’的流失；但这种气体有毒，不适应批量生产。为了避免这个缺陷，我们使用低温溅射后，再使用高温真空退火炉，分别退火，使用固态‘硒’来控制‘硒’的流失，既避免有毒的‘硒化氢’气体，同时，我们将低成本的退火炉单独出来，减轻高真空溅射炉的设备成本。

发明内容

本发明旨在解决原有工艺不适应批量生产的问题，提供一种低温溅射的石墨烯透明电极薄膜太阳能电池。

本发明为解决技术问题采用如下技术手段：我们采用低温溅射，能避免溅射时‘硒’的流失；跟着，我们将已具备良好‘化学成分’的‘铜锌锡硒’薄膜基板，调离真空溅射生产线（为避免占用‘铜锌锡硒’真空线，它是生产线上最复杂的瓶颈工艺环节），并采用单独的廉价退火炉进行高温退火；此退火炉用坩埚放置固态硒元素，在真空环境下进行高温退火，滋长大体积的‘铜锌锡硒’晶体；由于前面采用四元素固态靶材，已保证了‘铜锌锡硒’ 的化学成分，无需添加硒元素；退火炉内放置的固态‘硒’，它并不是为了在‘铜锌锡硒’薄膜中添加‘硒’，而是为了保证退火炉内有富裕的‘硒’气体气氛，扼制‘铜锌锡硒’薄膜中‘硒’的流失。这工艺保证了大体积的‘铜锌锡硒’晶体，保证了‘铜锌锡硒’化学成分的优化及重复性，保证了退火期间‘铜锌锡硒’薄膜不会有‘硒’的流失，保证了硒在整个‘铜锌锡硒’薄膜层间的均匀性，保证了高转换率的‘铜锌锡硒’批量生产工艺。

本发明提供一种低温溅射的石墨烯透明电极薄膜太阳能电池，在钠钙玻璃基板（1）上镀上钼薄膜，在所述钼薄膜镀上光伏‘铜锌锡硒’薄膜层（3），在‘铜锌锡硒’薄膜层（3）上表面镀上“p-n结”薄膜（11）；

所述钠钙玻璃基板（1）还可以用带有钠的柔性基板替换。

进一步的，所述的低温溅射的石墨烯透明电极薄膜太阳能电池，所述“铜锌锡硒”薄膜及晶体 （3）上，镀有0.05微米厚的‘硫化镉’或‘硫化锌（4）’。