[发明专利]油墨、薄膜太阳能电池及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及光伏太阳能电池制造技术领域，具体涉及一种半导体薄膜太阳能电池，特别是涉及制造铜铟镓硒薄膜太阳能电池用的油墨(ink)以及铜铟镓硒薄膜太阳能电池和它们的制造方法。

背景技术

随着能源消耗的不断增加，作为能源的主要来源，石油和煤炭的大量使用所导致的二氧化碳排放严重地污染生态环境，而且石油和煤炭资源也面临枯竭的境地，因此，寻求低碳排放而又取之不尽的可再生能源变得越来越紧迫，基于光伏效应的太阳能电池正是这样一种可再生新能源。当前，人们对太阳能的开发和利用日趋重视，市场对更大面积、更轻更薄且生产成本更低的新型太阳能电池的需求日益增加。在这些新型太阳能电池中，近年来开发出来的基于硅材料的合金薄膜太阳能电池，例如非晶硅和碲化镉薄膜太阳能电池，以其用硅量少、低成本、低能耗和高量产等特性，已成为太阳能电池发展的新趋势和新热点。虽然薄膜太阳能电池具有上述优势，但是非晶硅薄膜太阳能电池有光电转换效率低和稳定性欠佳等缺点；而碲化镉薄膜太阳能电池则有环保要求对镉金属的使用限制。

近年来，学术界又研制出了基于半导体铜铟镓硒化合物(CuInGaSe₂，CIGS)的薄膜太阳能电池。铜铟镓硒薄膜太阳能电池具有生产成本低、污染小、不衰退、性能稳定、抗辐射能力强、弱光性能好等特点，光电转换效率居各种薄膜太阳能电池之首，接近于目前市场主流产品晶体硅太阳能电池的转换效率，而成本则是晶体硅电池的三分之一，被国际上称为“下一时代非常有前途的新型廉价薄膜太阳能电池”。此外，该电池具有柔和、均匀的黑色外观，是对外观有较高要求场所的理想选择，如大型建筑物的玻璃幕墙等，在现代化高层建筑等领域有很大市场，无论是在地面阳光发电还是在空间微小卫星动力电源的应用上具有广阔的市场前景。

铜铟镓硒薄膜太阳能电池的传统制造方法大体可分为两种，共蒸发法和预制体薄膜+硒化二步法，这两种方法都需要物理镀膜(PVD)设备和蒸发设备，制造成本偏高。最近，美国IBM公司采用了溶液旋涂的方法制造出了CIGS薄膜太阳能电池，其转换效率达到了12.8％。与传统的真空镀膜方法相比，这种溶液旋涂的制造薄膜太阳能电池的方法由于不需要物理镀膜设备和蒸发设备，大大降低了制造成本，有利于实现卷到卷的快速印刷工艺从而达到高量产。此外，溶液旋涂法能够大幅度提高大面积薄膜组分的均匀性，而且能够显著提高原材料((Cu、In、Ga、Se)等的利用率；共蒸发法或溅射法的原材料利用率通常小于50％，而溶液涂覆法可以达到大于90％。IBM公司采用的溶液旋涂法首先制备含有Cu₂S、In₂Se₃、S和Ga的肼溶液，然后用该溶液旋涂制得前驱体薄膜，经热处理(400～525℃)则转化成兼具组分可控性和良好结晶性的铜铟镓硒化合物薄膜。

然而，由于受最大溶解度的限制，该溶液的固体组分含量低(小于15％w/w)，因此IBM公司采用的溶液旋涂法要经8～10次的涂布才能达到薄膜厚度大于1.2μm的要求，而且每次涂布都需经热处理，而10次涂布时的热处理时间就会更长，因此对于实现高量产的工业化生产，该方法还具有较大的局限性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种半导体薄膜太阳能电池用油墨、薄膜太阳能电池及其制造方法，具体而言，特别是一种制造铜铟镓硒薄膜太阳能电池的油墨涂覆和利用该油墨制造薄膜太阳能电池的方法，本发明的方法能够仅涂覆一次即可得到厚度为1.5～2.5μm的铜铟镓硒多晶薄膜光伏吸收层。

本发明的一个目的在于提供一种油墨，其包括半导体化合物微晶粉末、溶剂载体和溶于所述溶剂载体中的含Cu、In、Ga、Se、S的单质或化合物。

可选的，所述半导体化合物的化学式为CuIn_xGa_1-xSe_2-yS_y，其中x＝0～1，y＝0～2。

可选的，所述半导体化合物微晶粉末的直径为50～1000nm。

可选的，所述溶剂载体为肼溶液NH₂NH₂或其它亲水性或非亲水性溶剂。

可选的，所述单质或化合物为Se、S、Cu₂X、In₂X₃、Ga₂X₃，其中，X为Se和/或S。

可选的，所述油墨中还包括选择性分散剂、稳定剂或增稠剂。

本发明的另一个目的在于提供一种油墨的制造方法，包括下列步骤：