[发明专利]ZnO为电绝缘与杂质阻挡层的薄膜太阳电池及其制备方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及薄膜太阳电池器件制作工艺，尤其是一种采用磁控溅射法在柔性衬底上沉积ZnO为电绝缘与杂质阻挡层的薄膜太阳电池及其制备方法。

【背景技术】

人类社会的发展伴随着能源消耗的增加，与此同时，常规能源(如石油、煤炭等)储量在逐年减少，而且使用常规能源造成环境污染和气候恶化，导致地球生态环境的污染、破坏日趋严重。因此，人类对“可再生能源”、“绿色能源”的研究、开发和利用越来越重要、紧迫。这其中，太阳能无疑是人类未来能源的首选。从上世纪70年代起，许多国家掀起了太阳能光伏发电热潮，美国、日本、欧盟、印度等国家纷纷制定雄心勃勃的中长期发展规划推动光伏技术和光伏产业的发展，推动这一新能源产业的发展。

薄膜太阳电池是太阳电池的一种类型，当前最有前途的三种薄膜电池是：非晶硅、CIGS、CdTe。CIGS薄膜太阳电池由于成本低、效率高、稳定性好(无衰退)等优点而成为最有前途的光伏器件之一。薄膜型光伏电池是在80年代末到90年代初开发，并取得了令人瞩目的成绩。主要有：非晶硅薄膜，GaAs/GaAs，GaAs/Ge，InP/InP，InP/Si，锑化镉(CdTe)、CIGS薄膜以及染料TiO₂电池。GaAs系列的光伏电池效率高(大于30％)，但造价太高。镉系(CdTe，CdS)电池有较高的效率(16.5％)，但发展该类电池对于环保问题始终是争论的焦点。而CIGS薄膜太阳能电池具备光电转换效率高(最高效率达到19.5％)、成本低、性能稳定、抗辐射能力强等特点。CIGS薄膜太阳能电池使用的CIGS薄膜是一种很有前途的半导体材料，禁带宽度1.04～1.7eV，与太阳光谱匹配较好，CIGS吸收层具有6×10⁵cm^-1的吸收系数，非常适合制作薄膜太阳能电池。

轻质柔性衬底铜铟硒太阳电池是一种新型薄膜太阳电池。在轻质金属箔或高分子聚合物薄膜基底上，经过真空沉积和化学方法沉积若干层半导体及金属薄膜而构成的太阳电池。而轻质柔性CIGS薄膜太阳能电池的优点：轻质、可折叠、不易碎；重量功率比和转换效率高；空间性能好；机械性能好，卷带式沉积CIGS吸收层将会有效地减少生产成本。

常用的柔性衬底材料包括：金属材料衬底，如不锈钢箔、Mo箔、Cu箔、Al箔和Ti箔等，聚合物材料衬底，如聚酰亚胺薄膜等。其中：金属材料衬底在600℃以上也具有很高的机械稳定性和热稳定性；但有害杂质较多，容易向电池器件内部扩散，因而需要杂质阻挡层。此外，制备电池组件需要衬底为绝缘材料，因此使用金属衬底需要在金属衬底上预先沉积一层电绝缘层。现有技术中用于电子元器件阻挡层和电绝缘层的常用材料主要包括Al₂O₃、SiO₂、Si₃N₄等，这些材料在厚度为2-3μm时就能起到很好地阻挡杂质进入CIGS电池吸收层的效果，但是如果作为电绝缘层则需要更厚才能具有良好的绝缘性。另外这些材料与Mo导电层的接触效果很好，但在制备过程中容易形成针孔，严重影响到电阻率的提高和阻挡的效果。制备阻挡层的常用沉积方法有PECVD，溅射法，物理气相沉积法，溶胶-凝胶法等，均需要专门的仪器设备进行沉积。

【发明内容】

本发明目的旨在为克服现有技术的不足，而提供一种ZnO为电绝缘与杂质阻挡层的薄膜太阳电池及其制备方法。该ZnO薄膜结构致密，作为杂质阻挡层对于金属衬底内的杂质具有很好的阻挡效果，作为电绝缘层具有良好的绝缘效果，可用于制备柔性金属衬底电池。

本发明为实现上述目的，设计了一种ZnO为电绝缘与杂质阻挡层的薄膜太阳电池。它包括轻质柔性衬底、ZnO电绝缘层与杂质阻挡层、背电极、吸收层、窗口层和前电极，其特征在于所述轻质柔性衬底是：金属材料衬底或聚合物材料衬底；衬底和背电极之间为0.8～4.0μm的ZnO电绝缘与杂质阻挡层。

本发明还公开了一种ZnO为电绝缘与杂质阻挡层的薄膜太阳电池的制备方法，其特征在于所述ZnO电绝缘与杂质阻挡层用蒸发、溅射、溶胶凝胶法或化学气相沉积法沉积在轻质柔性衬底上，然后再在ZnO电绝缘与杂质阻挡层上制备背电极、吸收层、窗口层和前电极，得到ZnO为电绝缘与杂质阻挡层的薄膜太阳电池。所述ZnO电绝缘层与杂质阻挡层制备工艺是：在轻质柔性衬底上直流磁控溅射沉积ZnO电绝缘与杂质阻挡层，采用纯锌靶或者ZnO陶瓷靶，调整氧气和氩气的流量比为1∶2，沉积时间为2-4小时。

本发明有益效果是：