[发明专利]铜铟镓硒薄膜光伏电池装置及其制备方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及太阳能电池领域，尤其涉及一种铜铟镓硒薄膜光伏电池装置及其制备方法。

【背景技术】

铜铟镓硒(CIGS)薄膜光伏电池具有低成本、高效率、稳定性好等优点，是公认的最具有发展和市场潜力的第二代太阳能电池。人们对其研究兴起于上个世纪八十年代初，经过三十多年的发展，CIGS薄膜光伏电池的理论研究以及制备工艺取得了可喜的成果，目前其最高实验室光电转化效率达到20.3％(ZSW)，是目前转化效率最高的薄膜光伏电池。

传统的CIGS薄膜光伏电池普遍采用Ni/Al格栅作为栅电极，其形状结构见附图1，图1中每一个单元尺寸为10mm×5mm。其中粗横线为主线，线长3mm，线宽200um；细竖线为支线，线长8mm，线宽100um；小方块为接线柱，其尺寸为0.3mm×0.3mm。通过简单的计算可以得知，在50mm²的单元内，金属格栅占据的面积为3.8mm²，占薄膜光伏电池表面总面积的7.6％。而且6μm的Ni/Al格栅完全不透光，因此造成电池透光面积损失7.6％，即效率损失7.6％，对于铜铟镓硒太阳能电池的成本降低和推广很不利。

【发明内容】

基于此，有必要提供一种有效受光面积较大的铜铟镓硒薄膜光伏电池装置及其制备方法。

一种铜铟镓硒薄膜光伏电池装置，包括依次层叠设置的衬底、背电极层、铜铟镓硒光吸收层、缓冲层、阻挡层、导电窗口层及设于所述导电窗口层上的栅电极，其中，所述栅电极为p型或n型的石墨烯薄膜。

在优选的实施方式中，所述p型或n型的石墨烯薄膜包括1～9层层叠设置的p型或n型的单层石墨烯。

在优选的实施方式中，所述p型或n型的石墨烯薄膜包括4层层叠设置的p型或n型的单层石墨烯。

在优选的实施方式中，所述衬底的材料为玻璃、不锈钢或柔性聚合物；所述背电极层的材料为钼或石墨烯薄膜；所述缓冲层的材料为硫化镉；所述阻挡层的材料为i-ZnO，所述导电窗口层的材料为掺铝氧化锌。

一种铜铟镓硒薄膜光伏电池装置的制备方法，包括如下步骤：在衬底上制备依次层叠设置的背电极层、铜铟镓硒光吸收层、缓冲层、阻挡层及导电窗口层；在所述导电窗口层表面贴附p型或n型的石墨烯薄膜；光刻所述p型或n型的石墨烯薄膜形成栅电极，得到所述铜铟镓硒薄膜光伏电池。

在优选的实施方式中，在衬底上制备依次层叠设置的背电极层、铜铟镓硒光吸收层、缓冲层、阻挡层及导电窗口层依次包括如下步骤：使用磁控溅射钼金属靶材沉积背电极层或使用化学气相沉积石墨烯薄膜作为背电极层；使用磁控溅射硒化工艺或者四源共蒸发工艺制备铜铟镓硒光吸收层；使用化学水浴法沉积硫化镉制备缓冲层；使用射频磁控溅射氧化锌陶瓷靶材沉积i-ZnO制备阻挡层；以及使用射频磁控溅射掺铝氧化锌陶瓷靶材沉积掺铝氧化锌制备导电窗口层。

在优选的实施方式中，所述p型或n型的石墨烯薄膜为p型或n型的单层石墨烯，所述在导电窗口层表面贴附p型或n型的石墨烯薄膜包括如下步骤：用化学气相沉积法在金属基底上制备单层石墨烯；在所述单层石墨烯表面涂覆树脂载体；腐蚀去除所述金属基底，洗净后得到涂覆有树脂载体的单层石墨烯；对涂覆有树脂载体的单层石墨烯进行p型或n型处理；以及将处理后的涂覆有树脂载体的单层石墨烯的未涂覆树脂载体的一面贴附在所述导电窗口层表面。

在优选的实施方式中，所述p型或n型的石墨烯薄膜为多层层叠设置的p型或n型的单层石墨烯，所述在导电窗口层表面贴附p型或n型的石墨烯薄膜包括如下步骤：用化学气相沉积法在金属基底上制备单层石墨烯；在所述单层石墨烯表面涂覆树脂载体；腐蚀去除所述金属基底，洗净后得到涂覆有树脂载体的单层石墨烯；对涂覆有树脂载体的单层石墨烯进行p型或n型处理；将处理后的涂覆有树脂载体的单层石墨烯的未涂覆树脂载体的一面贴附在所述导电窗口层表面；溶解去除树脂载体；以及重复上述制备涂覆有树脂载体的单层石墨烯及对其进行p型或n型处理的步骤，依次在已贴附完毕的单层石墨烯上继续贴附单层石墨烯并溶解去除树脂载体，但保留最上层的单层石墨烯表面的树脂载体作为光刻胶。