[发明专利]一种柔性不锈钢衬底铜铟镓硒薄膜电池及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳电池技术领域，特别是一种柔性不锈钢衬底铜铟镓硒薄膜电池及制备方法。

背景技术

在应对全球气候变暖、人类生态环境恶化和常规能源短缺的危机中，尤其是2009年12月哥本哈根世界气候大会的召开，越来越多的国家开始大力发展太阳能利用技术。我国“太阳能行动计划”规划在2050年前后使太阳能成为我国的重要能源。太阳能光伏发电是一种零排放的清洁能源，具有安全可靠、无噪音、无污染、资源取之不尽、用之不竭、建设周期短、使用寿命长等优势，因而备受关注。Cu(In，Ga)Se₂(CIGS)是一种直接带隙的p-型半导体材料，其带隙从1.04eV到1.67eV范围内连续可调，可实现与太阳光谱的最佳匹配。在可见光区域，CIGS吸收系数高达10⁵/cm，2μm厚的CIGS薄膜就可吸收90％以上的太阳光。以多晶CIGS薄膜为吸收层的铜铟镓硒薄膜太阳电池具有成本低、效率高、性能稳定、抗辐射能力强、弱光性能好等优点，在德国、美国、日本等发达国家受到了极大重视并得到了很大发展。

柔性不锈钢衬底CIGS电池由于其可卷曲、不怕摔撞、抗辐射能力强及质功比高等优点受到国际光伏界的广泛关注。在制备CIGS薄膜的过程中，不锈钢衬底中的Fe会扩散通过Mo背电极而进入CIGS吸收层，造成吸收层电学性能恶化。为了解决不锈钢衬底中的Fe等杂质进入CIGS吸收层，国际上传统工艺都采用在不锈钢衬底上制备一层阻挡层材料，如Al₂O₃和SiO_x等，来阻挡Fe的扩散。因此，该种电池的结构为：不锈钢箔/阻挡层/底电极/吸收层/缓冲层/窗口层/栅电极。虽然目前采用该种电池结构，已经研制出效率为17.5％的电池，但是阻挡层带来了许多问题。一方面，阻挡层材料与不锈钢衬底和Mo底电极之间的结合力不佳，会导致不锈钢衬底CIGS电池失效。另一方面，阻挡效果好的阻挡层需要厚度达到至少3μm，采用的设备主要是PECVD方法，设备昂贵，沉积速率低，设备操作复杂，而且采用的原料为有毒气体，污染环境。所以，制备阻挡层材料不仅给柔性不锈钢衬底铜铟镓硒太阳电池的工艺增加了复杂性，提高了电池的成本，而且污染环境，使电池结构复杂化。因此，需要提出新的电池结构，解决柔性不锈钢衬底电池由于阻挡层的存在造成电池剥落、爆皮。同时，采用新结构的电池要能够制备出高质量的电池，而CIGS吸收层材料性能对电池性能有决定性作用。因此，开发新电池结构，解决阻挡层带来的问题，以及如何制备高质量CIGS薄膜，从而制备出高质量CIGS薄膜电池，具有非常重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的是针对上述存在问题，提供一种柔性不锈钢衬底铜铟镓硒薄膜电池及制备方法，该薄膜电池中多层膜之间接触良好，制备工艺简单且制备效率高。

本发明的技术方案：

一种柔性不锈钢衬底铜铟镓硒薄膜太阳电池，为不锈钢箔衬底与多层膜组合结构，所述多层膜包括底电极、吸收层、缓冲层、本征ZnO层、掺铝ZnO层和栅电极并依次叠加构成。

所述衬底为柔性不锈钢箔，型号为SUS304或SUS430，厚度为0.02-0.2mm。

所述底电极为双层Mo薄膜，第一层厚度为0.1-0.3微米，第二层厚度为0.8-2.5微米；所述栅电极为Ni/Al栅电极，厚度为2-3μm，栅线宽度为0.8-1.2mm。

所述吸收层为铜铟镓硒薄膜，厚度为1.5-2.5微米。

所述缓冲层为CdS薄膜，厚度为50-100nm。

所述本征ZnO层厚度为50-200nm；掺铝ZnO层为AZO薄膜，厚度为400-1000nm。

一种所述柔性不锈钢衬底铜铟镓硒薄膜电池吸收层的制备方法，步骤如下：

1)将衬底超声清洗后，放置在真空室中在300-600℃温度下加热，真空度为5×10^-4Pa；

2)采用磁控溅射制备双层Mo薄膜，工作电流1.2-1.5安培，第一层溅射气压1-2Pa，第二层溅射气压为0.1-0.2Pa；

3)采用共蒸发法制备铜铟镓硒薄膜；

4)采用化学水浴法制备厚度为50-100纳米的CdS薄膜，水浴温度为60-90℃，pH为11.2-12，沉积时间为30-50min；