[发明专利]一种掺钠铜铟镓硒太阳电池器件及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及薄膜太阳电池技术领域，特别是一种基于聚酰亚胺膜-苏打玻璃复合衬底的掺钠铜铟镓硒太阳电池器件及其制备。

背景技术

铜铟镓硒材料(CIGS)属于I-III-VI族四元化合物半导体，具有黄铜矿的晶体结构。铜铟镓硒薄膜太能电池自20世纪70年代出现以来，得到非常迅速的发展，并将逐步实现产业化。此电池有以下特点：①铜铟镓硒的禁带宽度可以在1.04ev-1.67ev范围内调整。②铜铟镓硒是一种直接带隙半导体，对可见光的吸收系数高达10⁵cm^-1。铜铟镓硒吸收层厚度只需1.5～2.5μm，整个电池的厚度为3～4μm。③抗辐照能力强，比较适合作为空间电源。④转换效率高。2010年德国太阳能和氢能研究中心(ZSW)研制的小面积铜铟镓硒太阳电池转换效率已高达20.3％。⑤弱光特性好。因此铜铟镓硒多晶薄膜太阳电池有望成为下一代太阳电池的主流产品之一。

航空航天领域需要太阳电池有较高的质量比功率，即希望单位质量的太阳电池能发出更多的电量。对于地面光伏建筑物的曲面造型和移动式的光伏电站等要求太阳电池具有柔性、可折叠性和不怕摔碰，这就促进了柔性太阳电池的发展。由于相对较强的耐高温能力和较为适合的膨胀系数，聚酰亚胺(PI)在其中脱颖而出。

然而聚酰亚胺的热膨胀系数还是无法与铜铟镓硒材料本身很好的匹配。在温度较高时，聚酰亚胺会产生较大的形变，导致铜铟镓硒薄膜较为疏松，容易脱落。所以，目前基于聚酰亚胺衬底的铜铟镓硒制备时衬底温度较低。从而导致生长出的薄膜结晶质量较差，晶粒细小，缺陷较多，增加了载流子的复合，缩短了少子的寿命，进而影响了电池性能。

铜铟镓硒薄膜中掺入适量的钠(Na)可使铜铟镓硒太阳电池的性能提高30-50％。在传统苏打玻璃衬底的铜铟镓硒太阳电池的制备中，钠可由衬底向铜铟镓硒吸收层自发扩散而实现Na的掺杂。但是由于聚酰亚胺膜中不含有钠元素，并且其高分子的结构阻止复合衬底中钠进入铜铟镓硒吸收层。因此，向基于聚酰亚胺膜-苏打玻璃复合衬底的铜铟镓硒吸收层薄膜中掺入钠就变得极为重要。

发明内容

有鉴于此，为克服现有技术的不足，本发明提供了一种基于聚酰亚胺膜-苏打玻璃复合衬底的掺钠铜铟镓硒太阳电池器件及其制备方案，首先将聚酰亚胺胶涂 于苏打玻璃表面，固化成聚酰亚胺膜-苏打玻璃复合衬底，其次在其表面依次制备背接触层、铜铟镓硒吸收层、氟化钠预制层、硫化镉缓冲层、透明窗口层和上电极，在完整的铜铟镓硒太阳电池制备完成后，将其与苏打玻璃衬底分离，得到以聚酰亚胺膜为衬底的柔性铜铟镓硒太阳电池。其核心特点为：以钢性衬底制备柔性电池。此种基于聚酰亚胺膜-苏打玻璃复合衬底的铜铟镓硒薄膜附着性优秀，结晶质量好，晶粒大，缺陷少。

本发明的技术方案：

一种基于聚酰亚胺膜-苏打玻璃复合衬底的掺钠铜铟镓硒太阳电池器件，其特征在于：其衬底由苏打玻璃及生长于其表面的聚酰亚胺膜构成，其中苏打玻璃的厚度为1.5-2mm，聚酰亚胺膜厚度为25-30μm，采用匀胶、固化制备工艺；钼背接触层生长于聚酰亚胺膜-苏打玻璃复合衬底之上，分为高阻层和低阻层，其中高阻层的厚度为80-120nm，低阻层的厚度为600-700nm，采用直流磁控溅射系统制备；铜铟镓硒吸收层生长于氟化钠预制层薄膜之上，化学分子式为CuIn_1-xGa_xSe₂，式中x为0.25-0.35，导电类型为p型，厚度为1.5-2μm，采用硒化炉薄膜制备系统，应用共蒸发改进型一步法制备工艺；氟化钠预制层薄膜生长于铜铟镓硒吸收层之上，化学分子式为NaF，厚度为20-30nm，采用硒化炉薄膜制备系统，应用共蒸发制备工艺；硫化镉缓冲层生长于铜铟镓硒吸收层表面，化学分子式为CdS，导电类型为n型，厚度为45-50nm，采用化学水浴法制备工艺；透明窗口层生长于硫化镉缓冲层之上，分为高阻本征氧化锌薄膜和低阻氧化锌铝薄膜，导电类型为n型，其中本征氧化锌薄膜的厚度为50-100nm，氧化锌铝薄膜的厚度为0.4-0.6μm，分别采用射频磁控溅射制备系统和直流磁控溅射制备系统制备；铝上电极薄膜生长于透明窗口层之上，其后为为0.8-1.5μm，采用共蒸发制备系统制备。

聚酰亚胺膜-苏打玻璃复合衬底的制备步骤如下：

1)对苏打玻璃进行表面清理；

2)将聚酰亚胺胶涂覆于苏打玻璃表面，采用匀胶工艺进行匀胶；

3)将匀胶后的样品放入烘箱内进行固化，即可得到聚酰亚胺膜-苏打玻璃复合衬底。