[发明专利]铜铟镓硒薄膜太阳能电池组件及其光吸收层的制备方法

说明书

【技术领域】

本发明涉太阳能电池技术，特别是涉及一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池组件及其光吸收层的制备方法。

【背景技术】

研究发现，铜铟镓硒薄膜太阳能电池的铜铟镓硒光吸收层的禁带宽度呈V型分布时能有效的改善光伏电池器件的电学性质，相对于平坦的能带分布或者单向的能带分布情形，具有V型双梯度结构的铜铟镓硒半导体薄膜可以在保证较好电流收集效率的情况下提升开路电压。但具有V型分布的能带结构的太阳能电池，由于其光吸收层的能带具有很宽的分布，从而导致其在长波段的吸收边不陡峭，对截止能量附近的长波光子吸收不充分，即使增加光吸收层厚度也不能很好地改善这个性能。

传统的铜铟镓硒薄膜太阳能电池的制备是通过台阶式蒸发方法制备铜铟镓硒薄膜，第一步是在相对较低的衬底温度下，同时蒸发铟镓硒三种物质，第二步再在较高的衬底温度下蒸发铜和硒，第三步再次同时蒸发铟镓硒三种物质。通过控制三个阶段中蒸发的元素之间的比例和工艺时间，并通过较高衬底温度下的元素扩散，来粗略地实现铜铟镓硒薄膜的V型禁带宽度分布的双梯度带隙。这种三步共蒸法的过程控制比较复杂，而且在蒸发过程中没有精确控制各物质之间的比例，这种制备方法不能精确地实现理论设计的能带结构，从而影响铜铟镓硒薄膜太阳能电池的电学性质。

【发明内容】

基于此，有必要提供一种光吸收率高和电学性质优良的铜铟镓硒薄膜太阳能电池组件。

进一步，提供上述铜铟镓硒薄膜太阳能电池组件的光吸收层的制备方法。

一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池组件，包括依次叠合的衬底、背电极层、光吸收层、缓冲层、窗口层、透明电极层和金属栅电极层，所述光吸收层的禁带宽度在厚度方向上呈中间平、两侧逐渐升高的梯形分布。

在优选的实施例中，所述光吸收层包括依次叠合的第一光吸收层、第二光吸收层和第三光吸收层，其中所述第三光吸收层远离所述第二光吸收层的一侧为太阳光的入光面；

所述第一光吸收层中，镓的质量与镓和铟的质量之和的比值自靠近所述第二光吸收层的一侧沿垂直所述第一光吸收层的方向至所述第一光吸收层的另一侧由0.2逐渐并均匀地增加至0.4；

所述第二光吸吸收层中，镓的质量与镓和铟的质量之和的比值自靠近所述第三光吸收层的一侧沿着垂直所述第二光吸收层的方向至所述第二光吸收层的另一侧保持0.2不变；

所述第三光吸收层中，镓的质量与镓和铟的质量之和的比值自入光面沿着垂直所述第三光吸收层的方向至所述第三光吸收层靠近所述第二光吸收层的一侧由0.3逐渐并均匀地减少至0.2。

在优选的实施例中，所述第一光吸收层、第二光吸收层和第三光吸收层中，硒∶(铟+镓)∶铜的质量比为2∶1∶1。

在优选的实施例中，所述光吸收层的厚度为2～2.8微米。

在优选的实施例中，所述第一光吸收层的厚度为1000～1500纳米，所述第二光吸收层的厚度为500～1000纳米，所述第三光吸收层的厚度为500～800纳米。

一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池组件的光吸收层的制备方法，将衬底维持在450～600℃，将铜铟镓硒四种物质分别在不同的温度下同时蒸发；蒸发过程包括以下三个阶段，其中在三个阶段中，铜的蒸发温度始终保持1300～1500℃之间，硒的蒸发温度始终保持200～300℃之间：

第一阶段：在8～10分钟的时间内，开始时铟的蒸发温度在800～1000℃之间，然后逐渐并均匀地升高20～30℃；开始时镓的蒸发温度在900～1100℃之间，然后逐渐并均匀地降低20～30℃，以形成第一光吸收层；

第二阶段：第一阶段结束后，保持铟和镓的蒸发温度不变，蒸发8～10分钟形成第二光吸收层；

第三阶段：第二阶段结束后，在2～4分钟的时间内，逐渐并均匀地将镓的蒸发温度升高10℃，同时逐渐并均匀地将铟的蒸发温度降低10℃，以形成第三光吸收层，最终得到所述铜铟镓硒薄膜太阳能电池组件的光吸收层。

在优选的实施例中，在所述三个蒸发阶段中，铜的蒸发量与铟和镓的蒸发量之和的比值为0.8～0.95。

在优选的实施例中，蒸发过程中，分别实时监测铜、铟、镓和硒四种蒸发源的蒸发温度并通过监测结果反馈调节控制蒸发温度，同时分别实时监测衬底上的铜、铟、镓和硒四种元素的蒸发量并通过监测结果反馈调节控制蒸发温度。