[发明专利]一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池缓冲层材料的制备方法

说明书

技术领域    

    本发明属于薄膜太阳能电池关键材料的制备技术，具体涉及一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池缓冲层材料的制备方法。

背景技术

铜铟镓硒【Cu(In_1-xGa_x)Se₂，简称CIGS】薄膜太阳能电池的典型结构是由玻璃衬底、钼（Mo）背电极层、CIGS吸收层、缓冲层、窗口层、铝电极、氟化镁（MgF₂）减反射层组成。光从透明电极入射，经过减反膜、窗口层、缓冲层到达吸收层被吸收，产生光生载流子。薄膜太阳能电池的缓冲层材料目前主要用硫化镉（CdS）半导体材料，缓冲层的主要作用是：

1.结构过渡缓冲，减少晶格失配度。纤锌矿体系的CdS与黄铜矿结构的CIGS半导体材料具有良好的晶格匹配；

2. CdS的禁带宽度2.4eV,透光性较好，光通过缓冲层损失较少；

3.保护吸收层，避免随后溅射氧化锌（ZnO）窗口层时造成对CIGS吸收层的损害；

目前，以化学水浴法制备的CdS半导体薄膜作为缓冲层的铜铟镓硒薄膜太阳能电池的效率最高达到19.9%。但是目前使用的CdS薄膜中含高污染金属Cd，电池生产过程中含镉的废水处理以及报废电池中镉的回收比较困难，都将造成对环境的污染。另一方面，CdS薄膜的禁带宽度只有2.4eV，不利于CIGS/CdS薄膜太阳能电池对太阳光短波波段的响应。所以CdS缓冲层的应用将越来越制约CIGS薄膜太阳能电池的大规模生产和应用。因此，研究不含镉的、有利于批量生产的新型绿色缓冲层材料代替CdS，是铜铟镓硒薄膜太阳能电池发展的必然趋势。ZnS，In₂S₃，ZnSe，SnO₂，ZnIn₂Se₄等被作为CIGS薄膜太阳电池的新型缓冲层材料,正在被研究开发,应用于绿色无镉高效CIGS薄膜太阳电池。

－ 族直接带隙半导体化合物ZnS，在常温下带隙为3.7 eV，组成元素无毒且储量丰富。目前ZnS薄膜的制备方法主要有电化学沉积、化学浴沉积 ( CBD )、真空蒸发法、激光脉冲法、分子束外延(MBE )等。物理气相法制备ZnS缓冲层与吸收层的制备方法兼容，有利于CIGS薄膜太阳电池生产线的建立，缺点是物理气相法制备ZnS不能很好的均匀覆盖CIGS吸收层；化学浴沉积法是制备CIGS薄膜太阳电池缓冲层最有效的方法，其优点是：

（1）      化学浴法沉积的缓冲层能很好地均匀覆盖CIGS吸收层。

（2）      化学浴法制备的ZnS薄膜是一种天然n型半导体材料，不需要特意进行掺杂来获得。

（3）      工艺简单有效、成本低、设备简单，不要求真空沉积系统，温度较低。

（4）      生成的半导体薄膜质量高，均匀致密。

（5）      易实现大规模生长，具有广阔的应用前景。

与化学浴沉积 CdS相比，化学浴沉积制备ZnS反应速度慢。在碱性条件下，ZnS化学浴沉积过程中同时伴随Zn(OH)₂的产生，在干燥过程中Zn(OH)₂脱水生成ZnO，所以一般把化学浴制备的ZnS写作Zn(O，S)薄膜，这种薄膜具有和CdS相似的特点，禁带宽度比CdS更宽，用它替代CdS作为铜铟镓硒薄膜电池的缓冲层，可以提高电池的短波响应，让更多高能的光子收集在电极上，从而改善短路电流，并且它对环境无害，是一种的较为理想的缓冲层材料。

发明内容