[发明专利]一种提高薄膜太阳能电池转换效率的方法

说明书

技术领域

本发明涉及薄膜太阳能电池制备技术领域，特别涉及一种提高薄膜太阳能电池转换效率的方法。

背景技术

薄膜太阳能电池尤其是铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池以其低成本、高光电转换效率、无光致衰退效应、耐辐照、光谱响应范围宽、性价比高的特点深受世界各国光伏行业的广泛关注。但同时，其结构特征及涉及到的多元材料特征复杂，具有敏感的元素配比要求及复杂的分层结构，工艺设备技术复杂。典型的金属化合物薄膜太阳电池结构由P型光吸收层、N型缓冲层和透明导电的氧化锌ZnO材料窗口层组成。窗口层是薄膜太阳电池的重要组成部分，通常由高电阻的本征层和导电性能良好的铝掺杂氧化锌ZnO:Al薄膜组成，本征氧化锌i-ZnO薄膜的加入降低了漏电流、提高了电池的开路电压并避免后续工艺对异质结界面造成损伤；由于高阻i-ZnO本征层与N型缓冲层同为N型结构，在内建电场中作用十分关键，可阻止透明导电层经过缓冲层及光吸收层的针孔或晶粒间隙直接与背电极接触，减少电池内部短路点的数量，提高了太阳能电池的开路电压，有助于提高太阳电池的效率。

在常规的制备工艺中，本征层和掺杂导电层通常采用高真空的磁控溅射等物理气相沉积工艺进行镀膜沉积，磁控溅射镀膜时的Ar离子等高能粒子会轰击到膜层的表面，损伤膜层，据此造成本征层和掺杂导电层无法完全覆盖N型缓冲层表面。同时，磁控溅射工艺的真空度很高，为0.1Pa～10Pa范围，在此真空度下，溅射粒子的平均自由程较长加之溅射原子运动具有方向性等特性，导致膜层的表面台阶覆盖性差，不能完全避免防止短路的情况；进一步劣化了本征层和掺杂导电层在N型缓冲层表面的覆盖效果，特别是当覆盖的表面呈台阶状、晶粒尺寸大、粗糙度大时特别明显，并据此产生漏电流增大、开路电压降低等问题，制约了薄膜太阳能电池转换效率的提高。

发明内容

本发明针对现有技术存在的问题，针对窗口层的进行原料优选和工艺优化，形成了一种提高薄膜太阳能电池转换效率的方法。

本发明的内容为：

一种提高薄膜太阳能电池转换效率的方法，所述的太阳能电池包括基板、背电极、P型光吸收层、N型缓冲层和窗口层，所述的背电极、P型光吸收层、N型缓冲层和窗口层依序沉积在基板上。所述的窗口层包括本征层和掺杂导电层，所述的本征层为本征氧化锌i-ZnO薄膜，所述的掺杂导电层为铝掺杂氧化锌ZnO:Al薄膜和/或硼掺杂氧化锌ZnO:B薄膜，所述的本征层和掺杂导电层均以二乙基锌或二甲基锌作为锌源采用低气压化学气相沉积法沉积成膜，所述的本征层和掺杂导电层依序沉积在N型缓冲层表面。通过引入低压化学气相沉积法，有效避免磁控溅射过程中的电场、等离子体的影响，沉积成膜的过程中没有离子轰击，不会对P型光吸收层和N型缓冲层产生损伤；同时，二乙基锌和二甲基锌常温常压下为无色透明的液体，在低压化学气相沉积时通过在蒸发器中加热到60℃的条件下转变为气态，流动性好，既可以有效对N型缓冲层的表面台阶进行覆盖，也能深入N型缓冲层表面的深孔、细孔进行覆盖，覆盖效果好，厚度均匀，覆盖一致性好，现在提高太阳能电池的转换效率。

所述本征层的沉积气氛为二乙基锌或二甲基锌、纯氢气、水蒸气，沉积气体流量二乙基锌或二甲基锌∶纯氢气∶水蒸气的流量比为800∶100∶1200～2000，沉积温度为170℃～220℃，沉积厚度为30～70nm。在低气压真空条件下，二乙基锌或二甲基锌与水蒸气在加热条件下生产固态的氧化锌和气相的乙烷或甲烷。二乙基锌和二甲基锌蒸气与水蒸气在100℃以内可以在配气真空腔室内充分互扩散混合；然后经过多孔的喷淋板流动到温度为170℃～220℃的镀有背电极、P型光吸收层、N型缓冲层的太阳能电池基板表面。二乙基锌或二甲基锌蒸气与水蒸气在加热条件下在N型缓冲层的表面沉积均匀的固态的氧化锌膜层，厚度一致性好；在低气压条件下，气相分子的平均自由程较短、碰撞充分，绕射性好，对于N型缓冲层表面的台阶状、深孔、细孔进行有效的深入覆盖，进一步保障了本征层覆盖的效果，降低漏电流的影响，提高薄膜太阳能电池的转换效率。