[发明专利]一种倒置结构的铜铟镓硒太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，尤其涉及一种倒置结构的铜铟镓硒太阳能电池及其制备方法。

背景技术

太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的绿色能源，受到世界各国越来越多的重视。化合物薄膜太阳能电池以其较低的成本和较高的理论光电转化效率，成为目前研究和产业的热点。其中铜铟镓硒基太阳能电池经过近40年的发展已经逐渐从学术界走向了产业界。

目前，铜铟镓硒太阳能电池的常规制备方法是在基底表面采用磁控溅射法沉积金属钼背电极，再采用蒸发或溅射金属预制层后硒化法制备铜铟镓硒吸收层，然后用化学浴或其他方法沉积CdS缓冲层，最后在其表面沉积ZnO和i-ZnO窗口层，最后沉积AL电极。但是这种工艺需要独立设置的沉积缓冲层步骤，增加了工艺流程和成本，并且还存在窗口层、吸收层和缓冲层存在界面不相容的问题，会产生大量的载流子复合中心，严重影响太阳能电池的光电转化效率。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种倒置结构的铜铟镓硒太阳能电池及其制备方法，旨在解决现有铜铟镓硒太阳能电池制备工艺步骤复杂、太阳能电池光电转化效率较低的技术问题。

一方面，所述倒置结构的铜铟镓硒太阳能电池的制备方法包括下述步骤：

在基材表面沉积Al电极；

在所述Al电极表面沉积ZnO窗口层；

在所述ZnO窗口层表面沉积Cu-In-Ga或Cu-In-Ga-Se合金薄层，得到多层薄膜结构；

将所述多层薄膜结构置于含硒气氛中退火处理，将Cu-In-Ga或Cu-In-Ga-Se合金薄层硒化形成铜铟镓硒吸收层，同时将ZnO窗口层部分硒化形成ZnSe缓冲层；

在所述铜铟镓硒吸收层表面沉积背电极。

进一步的，所述多层薄膜结构在含硒气氛中退火处理的工艺参数为：退火温度为200～800℃、升温速度为0.1～200℃/s、保温时间为1～240分钟，退火炉内气压为0.00001～10atm。

进一步的，所述Al电极的厚度为100～5000纳米，所述ZnO窗口层的厚度为10～5000纳米，所述Cu-In-Ga或Cu-In-Ga-Se合金薄层厚度为100～5000纳米，所述背电极厚度为100～5000纳米。

进一步的，所述Cu-In-Ga或Cu-In-Ga-Se合金薄层中铜原子与铟原子的摩尔比为(5～0.1)：1，铜原子与镓原子的摩尔比为(5～0.1)：1。

进一步的，所述背电极采用真空蒸发法制备得到，所述背电极的材质为钼、铝、镍、铜、金、铂中的一种或几种。

进一步的，所述含硒气氛的硒源由硒蒸汽和/或硒化氢提供；所述硒源通过载气运输，所述载气为氦气、氩气、氮气中的至少一种，载气气体流量为10～100000sccm。

进一步的，所述沉积Al电极采用直流磁控溅射法、真空反应蒸发法、脉冲激光沉积法、金属有机化学气相沉积法中的一种；所述沉积ZnO窗口层采用射频溅射法；所述沉积Cu-In-Ga或Cu-In-Ga-Se合金薄层采用直流磁控溅射法、真空蒸发法、化学气相沉积法、化学镀、涂覆法中的一种。

另一方面，所述倒置结构的铜铟镓硒太阳能电池采用前述方法制得，所述太阳能电池从下至上依次为Al电极、ZnO窗口层、铜铟镓硒吸收层和背电极，其中ZnO窗口层的上表面一定厚度进行硒化形成ZnSe缓冲层。

本发明的有益效果是：本发明方法制备的铜铟镓硒太阳能电池为倒置结构，在基材表面沉积Al电极和ZnO窗口层，然后沉积Cu-In-Ga或Cu-In-Ga-Se合金薄层，然后高温退火处理，最后沉积背电极，这与现有的铜铟镓硒太阳能电池工艺完全不同，而且在退火处理中，ZnO窗口层部分硒化形成ZnSe缓冲层，不用额外增加缓冲层沉积步骤，短工艺流程、降低生产成本，而且ZnSe缓冲层为硒化形成，有效改善了窗口层、缓冲层和吸收层的界面相容性、提高了太阳能电池的光电转化效率。

附图说明

图1是现有铜铟镓硒太阳能电池的结构图；

图2是本发明提供的铜铟镓硒太阳能电池的结构图；

图3是本发明实施例提供的铜铟镓硒太阳能电池制备方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。