專利名稱：Cigs太陽能光電池及其制備方法
技術領域：
本發明屬于光電子器件領域，涉及到一種新的銅(Cu)銦(In)鎵(Ga)硒(Se)(簡稱CIGQ薄膜太陽能電池以及這種薄膜電池的制備方法。
背景技術：
隨著能源危機的日趨嚴重，可再生能源越來越受到人們的重視。而其中，太陽光能以其取之不盡，清潔無污染成為最具潛力的技術。硅基太陽能技術是目前最為成熟的，也是市場占有率最高的，但是受制于高耗能、高污染的制備過程，使其并不能成為最理想的太陽能技術。近年來，薄膜太陽能技術開始興起，具有重量輕、成本低、易安裝等優點。CIGS則是薄膜太陽能技術中效率最高的)，其制備過程采用三階段式的濺射/硒化方法， 主要是為了創造V型能帶結構和η型表面結構從而提高器件的整體效率。V型能級結構比一般的漸進式能級結構在長波區有更高的外量子效率，從而可提高器件的短路電流，而且還有更高的開路電壓。而η型表面結構更有利于光生激子的解離以及輸出，因此三階段式的制備方法極大提高了 CIGS器件的性能。不過由于CIGS是多元化合物，如利用真空沉積技術，不管是濺射/硒化，還是共蒸發，都有過程復雜，難規模化的問題。最近NAN0S0LAR和 IBM的研究組分別開發了利用溶液法來制備CIGS活性膜的技術。這類技術不需要真空蒸鍍設備，大大減低制作成本，而且容易規模化。這里，我們結合了溶液法的簡單快捷和三階段式的優化結構，利用三階段式的旋涂來制備CIGS薄膜，為大規模的制備高轉換效率，低成本的CIGS太陽能光電池提供了可能。
發明內容
針對上述現有技術的不足，本發明要解決的技術問題是新型結構的CIGS薄膜太陽能電池以及這種薄膜太陽能電池的制備方法。為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案一種CIGS太陽能光電池，其包括導電襯底；CIGS活性層，該CIGS活性層制備在所述導電襯底上，主要作為吸光層，η型半導體層，該η半導體層制作在所述CIGS活性層上， 并與之形成ρη結，可有效增大光生激子的解離和輸出；窗口層，該窗口層制作在所述η型半導體層用來保護所述N型半導體層；透明電極層，該透明電極層制作在所述窗口層上；采集電極，該采集電極制作在所述透明電極層上，具有采集光生光流的作用。優選的，所述導電襯底為金屬導電薄膜，其選用鉬、鋁、鈦、銅或不銹鋼，厚度為 200-2000 納米。優選的，所述CIGS活性層的厚度在0. 5-10微米之間。優選的，所述η型半導體層厚度在20-200nm之間，為硫化鎘、硫化鋅、硒化鎘、硒化鋅、碲化鎘、碲化鋅、或其他II-VI組三元化合物。優選的，所述窗口層材料選用氧化鋅或摻雜氧化鋅薄膜，摻雜元素為鋁、鎵或鎘， 厚度為20-200納米。
優選的，所述透明電極層為氧化銦錫薄膜或摻鋁、鎵、鎘的氧化鋅薄膜。優選的，所述采集電極選用鎳、鋁、金、銀、銅、鈦、鉻中的一種或多種。本發明還公開開了一種上述CIGS太陽能光電池的制備方法，其中CIGS活性層通過三階段溶液法制作在導電襯底上第一階段沉積^hGaJe納米粒子或者前驅體溶液，厚度為0. 1-10微米，是總IrvxGaJe厚度的50-99% ；第二階段沉積Cuk納米粒子或者前驅體溶液，厚度為0. 1-10微米；第三階段沉積^hGaje納米粒子或者前驅體溶液，厚度為 0. 1-5微米，是總hl-xGade厚度的1_50%。在沉積不同的部分之間，利用％納米粒子或者前驅體溶液進行硒化，襯底溫度是室溫-600度。最后在200-1000度的環境下高溫退火形成CIGS的連續膜，使其能級結構形成V型。優選的，所述溶液法包括旋涂法，噴涂法，糟模法。優選的，η型半導體層采用CBD或者真空沉積的方法制作在CIGS活性層( 上， 形成Pn結，使光生激子解離和輸出。上述技術方案具有如下有益效果該CIGS太陽能光電池的CIGS活性層采用三階段式的溶液法不僅具有溶液制備法的便宜快捷的優點，而且可優化CIGS活性層的組分比， 極大的提高光電轉換效率。上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的技術手段， 并可依照說明書的內容予以實施，以下以本發明的較佳實施例并配合附圖詳細說明如后。 本發明的具體實施方式
由以下實施例及其附圖詳細給出。
圖1為本發明實施例的結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的優選實施例進行詳細介紹。如圖1所示，為CIGS太陽能光電池的結構示意圖。該器件包括導電襯底1 ；CIGS 活性層2，該CIGS活性層2是利用三階段式溶液法制作在導電襯底1上的；η型半導體層3， 該η型半導體層3是利用CBD或者真空沉積法(包括熱蒸發，濺射等不同的物理氣相沉積和化學氣相沉積方法)制作在CIGS活性層2上的；窗口層4 ；透明電極層5 ；和金屬采集電極6。所述的導電襯底1為金屬導電薄膜，通常為鉬電極厚度200-2000納米但不局限于鉬，也包括其他適用金屬材料，如鋁、鈦、銅和不銹鋼等。導電襯底1上面是采用溶液法(泛指一切涂料法，如旋涂法，噴涂法，糟模法等)制備的CIGS活性層2。如用旋涂法，通過控制旋涂速度、溶液濃度和不同的旋涂次數便可以改變該CIGS活性層2的厚度，通常情況下該緩沖層的厚度在0. 5-10微米之間。CIGS活性層2上面的η型半導體層3是采用CBD或者真空沉積法制備的，該功能層是為了與CIGS層形成有效的ρη結，從而提高光生激子的分離和輸出，該η型半導體層3的厚度通常情況下在20-200納米之間，該η型半導體層3 — 般為硫化鎘(CcK)材料，但不局限于此，也包括其他η型半導體，例如硫化鋅、硒化鎘、硒化鋅、碲化鎘、碲化鋅，以及其他II-VI組三元化合物。η型半導體層3上面是窗口層4和透明電極層5。窗口層4的材料選用氧化鋅或摻雜氧化鋅薄膜，摻雜元素為鋁、鎵或鎘，厚度為20-200納米。透明電極層為氧化銦錫薄膜或摻鋁、鎵、鎘的氧化鋅薄膜。最后是金屬采集電極6，一般是鎳/鋁，但不局限于此，還包括其他金屬，包括金、銀、銅、鈦、鉻等。下面以旋涂法為例對上述CIGS太陽能光電池的制備方法進行詳細介紹。1.制備CIGS先驅體的工藝如下(1)納米先驅體將12毫升的0LEYLAMIN，1. 5毫摩的氯化銅和1. 0毫摩的氯化銦， 0. 5毫摩的氯化鎵放入100毫升容積的三頸反應瓶。在氬氣保護下升溫到130度，保持30 分鐘。然后將反應溫度升高到225度，并迅速注入含有1摩爾硫的3毫升0LEYLAMINE。反應30分鐘后，冷卻到60度并加入10毫升的甲苯。最后加入毫升乙醇，離心分離出來，按所需濃度分散到甲苯中作為CIGS的先驅體。(2)溶液先驅體先制備四種不同的先驅體，然后按照所需要不同的元素組成比混合成最終的溶液先驅體。先驅體A 0. 955克硫化銅，0. 3848克硫和12毫升無水聯氨；先驅體B :1. 8661克硒化銦，0. 3158克硒和12毫升無水聯氨；先驅體C :0. 4183克鎵，0. 9475 克硒和12毫升無水聯氨；先驅體D 0. 9475克硒和6毫升無水聯氨。2.將鈉鈣玻璃在清洗劑中反復清洗，然后再經過去離子水，丙酮和異丙醇溶液浸泡并超聲各15分鐘，最后用氮氣吹干并經過紫外臭氧處理15分鐘。3.用真空沉積得方法制備鉬電極800納米左右。4.將過濾后的具有一定化學組分比的溶液以800轉/分鐘的轉速旋涂在金屬襯底上，低溫退火后(150-350度)，再重復同樣的旋涂過程，達到所需的厚度后，再改變溶液的化學組分比進行下一階段的旋涂，其化學組分比分別為=IrvxGaxSeziCuSeArvxGaxSe。一共分三個階段進行旋涂。第一階段沉積^hGaje納米粒子或者前驅體溶液，厚度為0. 1-10 微米，是總^hGaJe厚度的50-99% ；第二階段沉積Cuk納米粒子或者前驅體溶液，厚度為0. 1-10微米；第三階段沉積^hGaJe納米粒子或者前驅體溶液，厚度為0. 1-5微米，是總hl-xGade厚度的1_50%。在沉積不同的部分之間，利用％納米粒子或者前驅體溶液進行硒化，襯底溫度是室溫-600度。完成全部旋涂后，最后再高溫Q50-550度)退火30分鐘，使前驅體反應結晶，形成具有V型能級結構的連續CIGS膜。5.采用CBD方法制作η型硫化鎘層6.然后再用濺射真空沉積法制備氧化鋅薄膜和氧化銦錫透明電極。7.最后用熱蒸發制備鎳/鋁采集電極。該CIGS太陽能光電池的CIGS活性層采用三階段式的溶液法不僅具有溶液制備法的便宜快捷的優點，而且可優化CIGS活性層的組分比，極大的提高光電轉換效率。以上對本發明實施例所提供的一種自動安裝螺絲釘裝置進行了詳細介紹，對于本領域的一般技術人員，依據本發明實施例的思想，在具體實施方式
及應用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發明的限制，凡依本發明設計思想所做的任何改變都在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種CIGS太陽能光電池，其特征在于，其包括導電襯底；CIGS活性層，該CIGS活性層制備在所述導電襯底上，主要作為吸光層，η型半導體層， 該η半導體層制作在所述CIGS活性層上，并與之形成ρη結，可有效增大光生激子的解離和輸出；窗口層，該窗口層制作在所述η型半導體層用來保護所述N型半導體層；透明電極層， 該透明電極層制作在所述窗口層上；采集電極，該采集電極制作在所述透明電極層上，具有采集光生光流的作用。
2.根據權利要求1所述的CIGS太陽能光電池，其特征在于所述導電襯底為金屬導電薄膜，其選用鉬、鋁、鈦、銅或不銹鋼，厚度為200-2000納米。
3.根據權利要求1所述的CIGS太陽能光電池，其特征在于所述CIGS活性層的厚度在0. 5-10微米之間。
4.根據權利要求1所述的CIGS太陽能光電池，其特征在于所述η型半導體層厚度在 20-200nm之間，為硫化鎘、硫化鋅、硒化鎘、硒化鋅、碲化鎘、碲化鋅、或其他II-VI組三元化合物。
5.根據權利要求1所述的CIGS太陽能光電池，其特征在于所述窗口層材料選用氧化鋅或摻雜氧化鋅薄膜，摻雜元素為鋁、鎵或鎘，厚度為20-200納米。
6.根據權利要求1所述的CIGS太陽能光電池，其特征在于所述透明電極層為氧化銦錫薄膜或摻鋁、鎵、鎘的氧化鋅薄膜。
7.根據權利要求1所述的CIGS太陽能光電池，其特征在于所述采集電極選用鎳、鋁、 金、銀、銅、鈦、鉻中的一種或多種。
8.—種CIGS太陽能光電池的制備方法，其特征在于，CIGS活性層通過三階段溶液法制作在導電襯底上第一階段沉積^hGaJe納米粒子或者前驅體溶液，厚度為0. 1-10微米，是總^hGaJe厚度的50-99% ；第二階段沉積Cuk納米粒子或者前驅體溶液，厚度為 0. 1-10微米；第三階段沉積^hGaJe納米粒子或者前驅體溶液，厚度為0. 1-5微米，是總 Inl-xGaxSe厚度的1_50%。在沉積不同的部分之間，利用％納米粒子或者前驅體溶液進行硒化，襯底溫度是室溫-600度。最后在200-1000度的環境下高溫退火形成CI GS的連續膜，使其能級結構形成V型。
9.根據權利要求8所述的CIGS太陽能光電池的制備方法，其特征在于所述溶液法包括旋涂法，噴涂法，糟模法。
10.根據權利要求8所述的CIGS太陽能光電池的制備方法，其特征在于n型半導體層采用CBD或者真空沉積的方法制作在CIGS活性層(2)上，形成ρη結，使光生激子解離和輸出。
全文摘要
本發明公開了一種CIGS太陽能光電池，其包括導電襯底；CIGS活性層，n型半導體層，該n半導體層制作在所述CIGS活性層上，并與之形成pn結；窗口層，該窗口層制作在所述n型半導體層用來保護所述N型半導體層；透明電極層，該透明電極層制作在所述窗口層上；采集電極，該采集電極制作在所述透明電極層上。該CIGS太陽能光電池的CIGS活性層采用三階段式的溶液法不僅具有溶液制備法的便宜快捷的優點，而且可優化CIGS活性層的組分比，極大的提高光電轉換效率。
文檔編號H01L31/0336GK102163637SQ20111002250
公開日2011年8月24日 申請日期2011年1月20日 優先權日2011年1月20日
發明者劉德昂, 張智恒, 謝承智, 錢磊, 顧龍棣 申請人:蘇州瑞晟太陽能科技有限公司