專利名稱：納米結構柔性化合物半導體薄膜太陽電池的制作方法
納米結構柔性化合物半導體薄膜太陽電池技術領域
本發明屬于太陽電池制造技術領域，特別是涉及一種納米結構柔性化合物半導體薄膜太陽電池。
背景技術：
太陽電池是將太陽能轉化為電能的裝置。在傳統太陽能電池中，硅吸收光并產生自由電子，這些電子必須在受困于材料的缺陷或雜質前到達電路。這就要求使用極為純凈、 昂貴的晶體硅來制造高效光伏裝置。
經過檢索發現申請號為200910080138. 6，公開號為CN1403379A，名稱為硅基納米柱陣列異質結薄膜太陽能電池及其制備方法的發明專利，其說明書中公開了硅基納米柱陣列異質結薄膜太陽能電池，在下接觸電極與上接觸電極之間依次為硅納米柱陣列、本征非晶硅層、N型非晶硅層以及透明導電薄膜層。該結構是將下接觸電極上的硅襯底腐蝕出部分納米柱，再在納米柱上依次沉積本征非晶硅層和N型非晶硅層形成異質結。該電池與傳統太陽能電池相比，具有電池轉化效率高、成本低的有點，但該電池無法折疊，難以用于一些需要彎曲的特殊的場合。發明內容
本發明的目的是克服現有技術的不足之處，提供一種納米結構柔性化合物半導體薄膜太陽電池，該電池在具有光電轉換效率高、制造成本低的同時，還具有電池板可卷曲等特點。
本發明薄膜太陽電池采用如下技術方案
納米結構柔性化合物半導體薄膜太陽電池，自下至上為柔性鋁箔襯底、納米孔膜、 納米柱、CIGS吸收層以及頂電極層，納米孔膜為孔密度108-101(lnm、孔徑為5-200nm的通孔柔性鋁箔，其特征在于納米柱為生長于納米孔中厚度為50 70nm的ZnO納米柱或CdS的 η型納米柱；CIGS吸收層為生長在納米柱上面和納米柱之間的ρ型CIGS薄膜、頂電極層為磁控濺射沉積在CIGS吸收層上的透明導電材料。
而且，所述柔性鋁箔襯底的厚度為25 50 μ m。
而且，所述CIGS薄膜總厚度為1. 5 2 μ m。
而且，所述頂電極層為厚度300 600nm的ITO氧化銦錫或SiO: Al鋁摻雜氧化鋅的透明導電材料。
本發明具有的優點和積極效果
1、本發明采用的η型納米柱部分生長于納米孔膜中，部分位于納米孔膜的上面；ρ 型CIGS吸收層部分生長在納米孔膜上面的納米柱之間和納米柱上面，形成太陽電池的ρη 結的立柱結構，更加利于光生載流子傳輸，減少復合的幾率，進而增加太陽電池光電轉換效率，同時在滿足太陽能電池板可卷曲的前提下，降低了電池的制造成本。
2、本發明采用ρ型層CIGS吸收層材料采用低溫工藝制備，不會對納米孔膜上面的3納米柱造成破壞，納米材料與吸收層材料可以更好的融合，使得pn結發揮極佳的作用，進一步提高太陽電池的重量比功率。
圖1是本發明的納米結構柔性化合物半導體薄膜太陽電池結構示意其中，1-柔性鋁箔襯底，2-納米孔膜，3-n型納米柱，4_p型CIGS吸收層，5_頂電極層。
具體實施方式
下面結合附圖并通過具體實施例對本發明作進一步詳述，以下實施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本發明的保護范圍。
納米結構柔性化合物半導體薄膜太陽電池，自下至上為柔性鋁箔襯底1、納米孔膜 2、納米柱3、CIGS吸收層4以及頂電極層5，納米孔膜為孔密度108-101(lnm、孔徑為5_200歷的通孔柔性鋁箔。
本發明的創新點是
納米柱為生長于納米孔中厚度為50 70nm的ZnO納米柱或CdS的η型納米柱； CIGS吸收層為生長在納米柱上面和納米柱之間的ρ型CIGS薄膜、頂電極層為磁控濺射沉積在CIGS吸收層上的透明導電材料。
所述柔性鋁箔襯底的厚度為25 50 μ m ；所述CIGS薄膜總厚度為1. 5 2 μ m ；所述頂電極層為厚度300 600nm的ITO氧化銦錫或&ι0:Α1鋁摻雜氧化鋅的透明導電材料。
實施例1:參照附圖1。
1.納米孔膜的制作
在厚度為25 50 μ m的柔性鋁箔上用丙酮除去表面油脂，用NaoH除去氧化膜， 然后將其置于70°C的拋光液中，施加IOV電壓進行電化學拋光約5min，拋光液的組成為磷酸硫酸甘油(v/v/v) = 115 0.5 85 ；采用3% (wt) H3PO4為電解液，在60V電壓下進行一次陽極氧化15min，用15% (wt)磷酸和5% (wt)鉻酸的混合溶液在60°C除膜至表面露出鋁基體，然后進行二次氧化和除膜，條件與第一次相同；得到孔密度為IO8-IOicWk孔徑為5-200nm的通孔柔性鋁箔作為納米孔膜，將納米孔膜粘貼在柔性鋁箔襯底。
2.納米柱的生成
以納米孔膜為陽極，以鉬片為輔助電極，電解液為0. OOlM的(CH3COO) 2Cd，0. OlM的 SC (NH2)25O. 003M的CH3COONH4的混合溶液250ml，以氨水調節PH范圍在10. 5 11之間，電流密度0. 5 1. 5mA/cm2，將電解槽置于70 80°C的恒溫水浴中，沉積15 30min，在納米孔膜的孔中生長出厚度50 70nm的CdS層作為納米柱；
3. CIGS吸收層的生成
在生長有納米柱的納米孔膜上制備ρ型CIGS吸收層先將襯底置入蒸發室，溫度升至250-300°C時，蒸發Irufei和Se的時間為0. 1-5小時，形成(In0.7Ga0.3) 2Se3預置層；繼續升溫至400-450°C，蒸發Cu、SeO. 1-5小時，形成薄膜稍微富Cu ；保溫0. 1-1小時后，降低蒸發室溫度至250-300°C，繼續蒸發In、Ga、Se的時間為0. 1-5小時，直至得到1. 5 2μ 厚的CuIna7Giia3Si52薄膜，即生成生長在納米柱上厚度為1. 5 2 μ m的ρ型CIGS吸收層。
4.厚度為300 600nm透明導電材料氧化銦錫ITO或鋁摻雜氧化鋅SiO: Al作為頂電極層通過磁控濺射沉積在P型CIGS吸收層上，即制成納米結構柔性化合物半導體薄膜太陽電池。
實施例2:參照附圖1。
1.納米孔膜的制作
在厚度為25 50 μ m的柔性鋁箔上用丙酮除去表面油脂，用NaoH除去氧化膜， 然后將其置于70°C的拋光液中，施加IOV電壓進行電化學拋光約5min，拋光液的組成為磷酸硫酸甘油(v/v/v) = 115 0.5 85 ；采用3% (wt) H3PO4為電解液，在60V電壓下進行一次陽極氧化15min，用15% (wt)磷酸和5% (wt)鉻酸的混合溶液在60°C除膜至表面露出鋁基體，然后進行二次氧化和除膜，條件與第一次相同；得到孔密度為IO8-IOicWk孔徑為5-200nm的通孔柔性鋁箔作為納米孔膜，將納米孔膜粘貼在柔性鋁箔襯底。
2.納米柱的生成
以納米孔膜為陽極，以鉬片為輔助電極，電解液為0. 05!1101//1的&1(而3)2溶液，電流密度0. 1 1. OmA/cm2，將電解槽置于60 70°C的恒溫水浴中，沉積30 60min，在納米孔膜的孔中生長出厚度50 70nm的ZnO層作為納米柱。
3. CIGS吸收層的生成
在生長有納米柱的納米孔膜上制備ρ型CIGS吸收層先將襯底置入蒸發室，溫度升至250-300°C時，蒸發Irufei和Se的時間為0. 1-5小時，形成(In0.7Ga0.3) 2Se3預置層；繼續升溫至400-450°C，蒸發Cu、SeO. 1-5小時，形成薄膜稍微富Cu ；保溫0. 1-1小時后，降低蒸發室溫度至250-300°C，繼續蒸發In、Ga、Se的時間為0. 1-5小時，直至得到1. 5 2μ 厚的CuIna7Giia3Si52薄膜，即生成生長在納米柱上厚度為1. 5 2 μ m的ρ型CIGS吸收層。
4.厚度為300 600nm透明導電材料氧化銦錫ITO或鋁摻雜氧化鋅SiO: Al作為頂電極層通過磁控濺射沉積在P型CIGS吸收層上，即制成納米結構柔性化合物半導體薄膜太陽電池。
納米結構太陽電池適用于銅銦硒族(包括銅銦硒、銅鎵硒、銅鋁硒、銅銦鎵硒、銅銦硫)太陽電池，碲化鎘太陽電池，硫化銅太陽電池或硫化鎘太陽電池。
權利要求
1.納米結構柔性化合物半導體薄膜太陽電池，自下至上為柔性鋁箔襯底、納米孔膜、納米柱、CIGS吸收層以及頂電極層，納米孔膜為孔密度IO8-IOltlniIK孔徑為5-200nm的通孔柔性鋁箔，其特征在于納米柱為生長于納米孔中厚度為50 70nm的ZnO納米柱或CdS的η 型納米柱；CIGS吸收層為生長在納米柱上面和納米柱之間的ρ型CIGS薄膜、頂電極層為磁控濺射沉積在CIGS吸收層上的透明導電材料。
2.根據權利要求1所述的納米結構柔性化合物半導體薄膜太陽電池，其特征在于所述柔性鋁箔襯底的厚度為25 50 μ m。
3.根據權利要求1所述的納米結構柔性化合物半導體薄膜太陽電池，其特征在于所述CIGS薄膜總厚度為1. 5 2 μ m。
4.根據權利要求1所述的納米結構柔性化合物半導體薄膜太陽電池，其特征在于所述頂電極層為厚度300 600nm的ITO氧化銦錫或&ιΟ:Α1鋁摻雜氧化鋅的透明導電材料。
全文摘要
本發明涉及一種納米結構柔性化合物半導體薄膜太陽電池，自下至上為襯底、襯底上的納米孔膜、納米孔膜中的納米柱、納米柱之間的CIGS吸收層以及頂電極層。本發明的采用n型納米柱部分生長于納米孔膜中，部分位于納米孔膜的上面；p型CIGS吸收層部分生長在納米孔膜上面的納米柱上面和納米柱之間，形成太陽電池的pn結的立柱結構，更加利于光生載流子傳輸，減少復合的幾率，進而增加太陽電池光電轉換效率，同時在滿足太陽能電池板可卷曲的前提下，降低了電池的制造成本。
文檔編號H01L31/042GK102479839SQ20101055207
公開日2012年5月30日 申請日期2010年11月25日 優先權日2010年11月25日
發明者馮金暉, 劉興江, 李巍, 李微, 楊立, 趙彥民, 閆禮 申請人:中國電子科技集團公司第十八研究所