[发明专利]CIGS基或CZTS基薄膜太阳能电池及其制备方法

说明书

本申请要求于2012年11月9日提交到韩国知识产权局的第10-2012-0126525号韩国专利申请的优先权，该申请的公开通过引用全部包含于此。

技术领域

下面的公开涉及一种铜铟镓硒（CIGS）基或铜锌锡硫（CZTS）基薄膜太阳能电池及其制备方法。更具体地说，下面的公开涉及一种具有可控二硒化钼（MoSe2）层的厚度的CIGS基或CZTS基薄膜太阳能电池及制备该太阳能电池的方法，所述薄膜太阳能电池使层间分层能够长期稳定并且能够有高的光电转换效率。

背景技术

由于直接通过太阳光发电的太阳能电池安全地产生清洁能源，因此可以说它是最具发展前景的能源产生系统之一。目前为止，大多数已经成功商业化的太阳能电池是基于硅材料的。然而，生产适合于太阳能电池应用的硅的工艺需要对厂房和设备及其维修和操作大量投资。因此，此类基于硅的太阳能电池在成本效益方面是没有优势的。作为这些电池的替代品，已经对薄膜太阳能电池进行了许多尝试，这是因为由于它们的重量轻而适用于柔性衬底并且它们使用相对较低量的原材料。因此，最近，薄膜太阳能电池的市场占有率迅速增加。

在这种薄膜太阳能电池中，铜铟镓硒（在下文中也被称为CIGS）太阳能电池具有20%或更高的非常高的光电转换效率。当考虑到薄膜太阳能电池的技术特征和发展速度时，在不久的将来，期望CIGS太阳能电池将在太阳能电池的商业化中占主导地位。此外，通过分别用锌和锡替换CIGS中的铟和镓，并且用硫部分或全部替换CIGS中的硒获得的基于铜锌锡硫（在下文中也被称为CZTS）的太阳能电池具有与CIGS基太阳能电池相似的特征，并且与CIGS基太阳能电池相比具有显著的成本效益，因为锌和锡分别比铟和镓更便宜。因此，CZTS基太阳能电池被认为是最具前景的太阳能电池之一。

通常，CIGS基或CZTS基薄膜太阳能电池包括：基板；钼背电极层；光吸收层；缓冲层；透明电极层。为了在薄膜太阳能电池中获得高的光电转换效率，形成带有较少缺陷的每一层并且顺序地层叠带有较少表面缺陷的每一层是至关重要的。在薄膜太阳能电池制备的几个工艺中，硒化工艺是非常重要的。硒化通常在高温、混合硒蒸汽的惰性或还原性气氛下进行，以诱导光吸收层的薄膜致密化或者（和）诸如晶粒生长和晶粒对齐（纹理）的微观结构调控中的一种（或两种）。因此，硒化工艺影响光吸收层的物理和光学性质并且引起微观结构变化，例如，钼背电极层向二硒化钼（MoSe₂）的转化。由于二硒化钼相比于金属钼具有非常低的晶胞密度，因此实验观察到钼的硒化提供了大约4倍的巨大的体积膨胀。自然地，这种在钼的硒化过程中的巨大的体积膨胀在二硒化钼层和剩余的钼层之间引起高的压力，这种压力是导致太阳能电池的层间分层（背电极部分或全部分裂）和最终机械故障的主要原因。另外，由于二硒化钼相的韧性远远低于钼的韧性，因此钼的硒化对获得的薄膜太阳能电池的机械稳定性是更有害的。

以上所述的层间分层由于严重的机械损坏以及增大的层间电阻，从而阻碍了高效薄膜太阳能电池的构成。因此，在硒化过程中，需要控制硒蒸汽从硒化气氛穿过光吸收层到钼背电极的传输，以防止或减少二硒化钼层的形成。

发明内容

本公开的一个实施例致力于提供一种铜（Cu）涂覆的钼背电极（为了简要起见，下文中称为CMBE）用来制备铜铟镓硒（CIGS）基或铜锌锡硫（CZTS）基太阳能电池，其中，所述CMBE在硒化过程中起到减少二硒化钼的形成的目的，从而防止层间分层，保证长期的机械耐久性以及高的光电转换效率。

本公开的另一个实施例致力于提供一种CIGS基或CZTS基薄膜太阳能电池的制备方法，该方法能够控制钼背电极层向二硒化钼的转变。

本公开的另一个实施例致力于提供一种通过上述方法得到的CIGS基或CZTS基薄膜太阳能电池，并具有适当控制比的二硒化钼和钼，从而防止层间分层以及耐久性和光电转换效率的劣化。

在一个一般方面中，提供了一种用于制备铜铟镓硒（CIGS）基或铜锌锡硫（CZTS）基太阳能电池的CMBE，包括若干部件，所述部件包括：基板；钼层（由于分别适应不同涂覆条件，所以可以包括两种不同微观结构特征的钼层）；以及铜层。（与CIGS基以及CZTS基薄膜太阳能电池中的常规术语相比，在所述CMBE中双层或三层的钼和铜对应于传统太阳能电池中的钼背电极。）