一種cigs基薄膜太陽能電池的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種CIGS基薄膜太陽能電池，其包括：襯底、背電極層、金屬氮化物層、光吸收層、緩沖層、透明導電層。本實用新型通過在背電極層與光吸收層之間設置一金屬氮化物層可有效控制硒化熱處理對背電極層的影響，同時可將光反射進入光吸收層中，因此本實用新型增大薄膜太陽能電池的短路電流且可降低薄膜太陽能電池的串聯電阻，提高薄膜電池的性能。
【專利說明】
一種GIGS基薄膜太陽能電池
技術領域
[0001]本實用新型涉及薄膜太陽能電池技術領域，尤其涉及一種具有黃銅礦結構的CIGS基薄膜太陽能電池。
【背景技術】
[0002]隨著全球氣候變暖、生態環境惡化和常規能源的短缺，越來越多的國家開始大力發展太陽能利用技術。太陽能光伏發電是零排放的清潔能源，具有安全可靠、無噪音、無污染、資源取之不盡、建設周期短、使用壽命長等優勢，因而備受關注。銅銦鎵砸是一種直接帶隙的P型半導體材料，其吸收系數高達105/cm，2um厚的銅銦鎵砸薄膜就可吸收90%以上的太陽光。CIGS薄膜的帶隙從1.04eV到1.67eV范圍內連續可調，可實現與太陽光譜的最佳匹配。銅銦鎵砸薄膜太陽電池作為新一代的薄膜電池具有成本低、性能穩定、抗輻射能力強、弱光也能發電等優點，其轉換效率在薄膜太陽能電池中是最高的，目前實驗室的轉化率已超過22 %。
[0003]傳統的CIGS基薄膜太陽能電池的結構依次為:基底、Mo背電極層、CIGS光吸收層、CdS緩沖層、本征ZnO層、AZO透明導電窗口層。當進行砸化熱處理時，背電極層與光吸收層之間會形成一層金屬砸化物層，這會使透過光吸收層的光不被再次反射回吸收層中，因此降低了薄膜太陽能電池的性能；同時產生的金屬砸化物層會影響薄膜太陽能電池的串聯電阻，從而也影響了薄膜太陽能電池的性能。
【實用新型內容】
[0004]本實用新型要解決的技術問題，在于提供一種CIGS基薄膜太陽能電池，該薄膜太陽能電池可反射透過光吸收層的光再次回到光吸收層中，增加薄膜太陽能電池的短路電流；同時又可以控制金屬砸化物層的厚度進而改善薄膜太陽能電池的串聯電阻，從而提高電池的轉換效率。
[0005]為實現上述目的，本實用新型采用以下技術方案:一種CIGS基薄膜太陽能電池，包括襯底，覆蓋襯底表面的背電極層，覆蓋背電極層的金屬氮化物膜層，覆蓋金屬氮化物膜層的具有黃銅礦結構的光吸收層，覆蓋光吸收層的緩沖層，覆蓋緩沖層的透明導電層。
[0006]進一步的，所述金屬氮化物膜層由至少一層金屬氮化物單元層組成;所述金屬氮化物單元膜層為氮化鋯膜層、氮化鈦膜層、氮化鉬膜層、氮化鈮膜層、氮化鉻膜層中的一種。
[0007]進一步的，所述襯底為玻璃、聚酰亞胺、鋁薄板、鈦薄板或薄的不銹鋼板中的一種。
[0008]進一步的，所述背電極層為鉬層、鈦層、鉻層、銅層、AZO膜層、ITO膜層、GZO膜層、石墨烯膜層中的至少一種;所述背電極層優選為鉬;所述背電極層中含有氧，所述背電極層中或含有堿元素。
[0009]進一步的，所述光吸收層為銅銦鎵砸、銅銦鎵砸硫、銅銦鎵硫、銅銦砸、銅銦硫、銅銦鋁砸、銅銦鋁硫、銅銦鋁砸硫、銅鋅錫硫、銅鋅錫硫砸中的至少一種;所述光吸收層中含有堿元素，所述光吸收層中優選含有鈉。
[0010]進一步的，所述緩沖層為硫化鎘、硫化鋅、砸化鋅、硫化銦、砸化銦、氧化鋅或鋅鎂氧化物中的一種。
[0011]進一步的，所述透明導電層選用氧化銦摻錫、氧化鋅摻鋁、氧化鋅摻鎵、氧化鋅摻硼、氧化鋅摻銦、氧化錫摻氟、氧化錫摻銻、氧化錫摻碘、石墨烯、錫酸鎘、銀基透明導電膜中的至少一種。
[0012]進一步的，還包括在透明導電層上沉積的減反射膜層。
[0013]進一步的，所述減反射膜層為一層氟化鎂膜層或氧化硅膜層。
[0014]進一步的，所述減反射膜層有兩層，包括折射率大于1.80的第一材料層，以及覆蓋該第一材料層的折射率小于1.70的第二材料層。
[0015]進一步的，還包括在襯底與背電極層之間插入的一層阻擋襯底元素擴散的阻擋層。
[0016]進一步的，所述阻擋層材料選自氧化娃、氮化娃、氮氧化娃、氮化鈦、氧化鈦、氮氧化鈦、氮氧化鋯、氧化鋯、氮化鋯、氮化鋁、氧化鋁、氧化硅鋁、氮化硅鋁、氮氧化硅鋁、鋅錫氧化物中的一種或它們的混合物。
[0017]進一步的，所述阻擋層材料由硅、鋯和鈦中的至少一種元素與鉬組成為包含至少兩種元素的氧化物、氮化物或氮氧化物。
[0018]進一步的，當襯底為玻璃基板時，所述阻擋層由一含有L1、K中至少一種元素的堿過濾層替代，該堿過濾層包含L1、Κ中的至少一種元素和S1、A1、0三種元素。
[0019]進一步的，還包括在緩沖層與透明導電層之間插入的一層高電阻率膜層，所述高電阻率膜層為氧化鋅膜層、摻雜氧化鋅膜層中的至少一種，所述摻雜氧化鋅膜層為氧化鋅摻雜有硼、鋁、鎵或銦中的至少一種元素;所述氧化鋅膜層的電阻率不小于0.08 Qcm;所述摻雜氧化鋅膜層，其電阻率不小于0.08 Ω cm，同時不大于95Ω cm。
[0020]本實用新型通過在CIGS基薄膜電池的背電極層與光吸收層之間插入一層金屬氮化物層可增加薄膜太陽能電池的短路電流，降低薄膜太陽能電池的串聯電阻，從而提高電池的轉換效率。
【附圖說明】
[0021]下面參照附圖結合實施例對本實用新型作進一步的說明。
[0022]圖1為本實用新型的CIGS基薄膜太陽能電池的結構示意圖；
[0023]圖2為本實用新型的CIGS基薄膜太陽能電池的另一結構示意圖。
[0024]圖中，1-襯底2-阻擋層3-背電極層4-金屬氮化物膜層5-光吸收層6_緩沖層7-本征氧化鋅膜層8-透明導電層9-減反射膜層。
【具體實施方式】
[0025]下面結合具體實施例對本實用新型進行詳細說明。
[0026]實施例1
[0027]如圖1所示，在鈉鈣玻璃基板上采用磁控濺射沉積500nm的金屬鉬電極層;接著在鉬電極層上濺射沉積50nm的氮化鋯膜層;接著在氮化鋯膜層上形成1.Sum厚的具有黃銅礦結構的銅銦鎵二砸光吸收層;在光吸收層上采用化學浴(CBD)方法沉積50nm的CdS緩沖層；在緩沖層上采用濺射沉積50nm的本征氧化鋅膜層;接著采用磁控濺射沉積600nmAZ0膜層作為透明導電層。
[0028]本實施例作為本實用新型的最佳實施例。
[0029]實施例2
[0030]如圖2所示，在鈉鈣玻璃基板上濺射沉積50nm的氮化硅膜層;接著在氮化硅膜層上采用磁控派射沉積500nm的金屬鉬電極層;接著在鉬電極層上派射沉積50nm的氮化鈦膜層；接著在氮化鈦膜層上形成1.9um厚的具有黃銅礦結構的銅銦鎵二砸硫光吸收層;在光吸收層上采用化學浴(CBD)方法沉積50nm的硫化銦緩沖層;在緩沖層上采用濺射沉積60nm的本征氧化鋅膜層;接著采用磁控濺射沉積600nmAZ0膜層作為透明導電層;接著在透明導電層上沉積10nm氟化鎂膜層作為減反射膜層。
[0031]實施例3
[0032]如圖1所示，在鈉鈣玻璃基板上采用磁控濺射沉積500nm的金屬鉬電極層;接著在鉬電極層上濺射沉積20nm的氮化鉬膜層，接著在氮化鉬層上濺射沉積30nm氮化鋯膜層;接著在氮化鋯膜層上形成1.Sum厚的具有黃銅礦結構的銅銦鎵二硫光吸收層;在光吸收層上采用化學浴(CBD)方法沉積50nm的CdS緩沖層;在緩沖層上采用濺射沉積60nm的電阻率為10Ω cm的摻雜鋁的氧化鋅膜層;接著采用磁控濺射沉積700nmAZ0膜層作為透明導電層。
[0033]實施例4
[0034]如圖1所示，在不銹鋼薄基板上濺射沉積SOnm的氮氧化硅膜層;接著在氮氧化硅膜層上采用磁控濺射沉積500nm的金屬鉬電極層;接著在鉬電極層上濺射沉積20nm的氮化鋯膜層，接著在氮化鋯膜層上濺射沉積20nm的氮化鉬膜層，接著在氮化鉬層上濺射沉積20nm氮化鋯膜層;接著在氮化鋯膜層上形成1.Sum厚的具有黃銅礦結構的銅銦鎵鋁二砸光吸收層;在光吸收層上采用化學浴(CBD)方法沉積40nm的CdS緩沖層;在緩沖層上采用濺射沉積80nm的電阻率為12 0(^的摻雜鋁的氧化鋅膜層;接著采用磁控濺射沉積900111^20膜層作為透明導電層。
[0035]實施例5
[0036]如圖1所示，在鈉鈣玻璃基板上采用磁控濺射沉積600nm的金屬鉬電極層;接著在鉬電極層上濺射沉積60nm的氮化鈮膜層;接著在氮化鈮膜層上形成2.1um厚的具有黃銅礦結構的銅銦鎵二砸光吸收層;在光吸收層上采用化學浴(CBD)方法沉積40nm的ZnS緩沖層；在緩沖層上采用濺射沉積60nm的本征氧化鋅膜層;接著采用磁控濺射沉積SOOnmAZO膜層作為透明導電層。
[0037]實施例6
[0038]如圖1所示，在鈉鈣玻璃基板上采用磁控濺射沉積550nm的金屬鉬電極層;接著在鉬電極層上濺射沉積50nm的氮化鉻膜層;接著在氮化鉻膜層上形成2.0um厚的具有黃銅礦結構的銅銦鎵二砸光吸收層;在光吸收層上采用化學浴(CBD)方法沉積350nm的ZnS緩沖層；在緩沖層上采用濺射沉積60nm的本征氧化鋅膜層;接著采用磁控濺射沉積SOOnmAZO膜層作為透明導電層。
[0039]上面結合附圖對本實用新型進行了示例性描述，顯然本實用新型具體實現并不受上述方式的限制，只要采用了本實用新型的方法構思和技術方案進行的各種非實質性的改進，或未經改進將本實用新型的構思和技術方案直接應用于其它場合的，均在本實用新型的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種CIGS基薄膜太陽能電池，其特征在于，包括襯底，覆蓋襯底表面的背電極層，覆蓋背電極層的金屬氮化物膜層，覆蓋金屬氮化物膜層的具有黃銅礦結構的光吸收層，覆蓋光吸收層的緩沖層，覆蓋緩沖層的透明導電層。2.根據權利要求1所述的CIGS基薄膜太陽能電池，其特征在于:所述金屬氮化物膜層由至少一層金屬氮化物單元層組成;所述金屬氮化物單元層為氮化鋯膜層、氮化鈦膜層、氮化鉬膜層、氮化鈮膜層、氮化鉻膜層中的一種。3.根據權利要求1所述的CIGS基薄膜太陽能電池，其特征在于，所述襯底為玻璃、聚酰亞胺、鋁薄板、鈦薄板或薄的不銹鋼板中的一種。4.根據權利要求1所述的CIGS基薄膜太陽能電池，其特征在于，所述背電極層為鉬層、鈦層、鉻層、銅層、AZO膜層、ITO膜層、GZO膜層、石墨烯膜層中的至少一種。5.根據權利要求1所述的CIGS基薄膜太陽能電池，其特征在于，還包括在透明導電層上沉積的減反射膜層。6.根據權利要求1所述的CIGS基薄膜太陽能電池，其特征在于，還包括在襯底與背電極層之間插入的一層阻擋襯底元素擴散的阻擋層。7.根據權利要求1所述的CIGS基薄膜太陽能電池，其特征在于，還包括在緩沖層與透明導電層之間插入的一層具有高電阻率的膜層，所述具有高電阻率的膜層為氧化鋅膜層、摻雜氧化鋅膜層中的至少一種。
【文檔編號】H01L31/0749GK205564791SQ201620109991
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年2月3日
【發明人】李藝明, 鄧國云
【申請人】廈門神科太陽能有限公司