[发明专利]碱金属掺杂铜铟镓硒薄膜太阳电池吸收层的制备方法

说明书

本发明涉及一种碱金属掺杂铜铟镓硒薄膜太阳电池吸收层的制备方法。本发明属于薄膜太阳电池技术领域。碱金属掺杂铜铟镓硒薄膜太阳电池吸收层的制备方法：步骤1：将镀Mo的聚酰亚胺、钛箔或不锈钢箔衬底放置共蒸发腔室；步骤2：真空条件下在Mo背电极上共蒸发In、Ga、Se材料2－4min；步骤3：共蒸发Cu、In、Ga、Se材料25－30min；步骤4：共蒸发In、Ga、Se材料6－9min；步骤5：共蒸发NaF、Se材料8－12min；步骤6：共蒸发KF、Se材料4－6min；步骤7：保持衬底温度在340－360℃不变，停止Se蒸发源加热，直至Se蒸发源温度低于160℃后，铜铟镓硒薄膜吸收层制备完成。本发明具有界面结晶质量好，减少界面复合，保证吸收层薄膜表面具有良好的电学性能等优点。

技术领域

本发明属于薄膜太阳电池技术领域，特别是涉及一种碱金属掺杂铜铟镓硒薄膜太阳电池吸收层的制备方法。

背景技术

光伏发电是用太阳电池将太阳能转化为电能的能源利用方式，具有无噪声、无污染、能源取之不尽、不受地域限制等优点，被广泛关注和大力推广。

铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳电池是一种四元化合物太阳电池，具有较高的质量比功率和光吸收系数，以及良好的稳定性、抗辐照能力和弱光特性，是太阳电池领域研究的热点。近年来，铜铟镓硒薄膜太阳电池的开发取得了较快的进展，单体电池和组件的光电转换效率不断提高，成为光伏行业发展的主流方向之一。

碱金属掺杂是提高铜铟镓硒薄膜太阳电池吸收层性能的有效手段，目前应用比较广泛的是钠(Na)的掺杂工艺。研究表明，掺杂0.01％～0.1％的Na元素可以有效地减少铜铟镓硒吸收层中的施主缺陷，增加空穴浓度，从而提高吸收层的电学性能，将铜铟镓硒薄膜太阳电池的光电转换效率提升30％～50％。近年来最新的研究结果表明，铜铟镓硒吸收层中掺入一定量的钾(K)元素也可以提升电池的光电转换效率，这是由于一方面K元素可以促进镓(Ga)元素融入铜铟镓硒晶格，提高吸收层材料对Ga含量的容忍度，为实现制备高Ga吸收层提供了可能，高Ga吸收层有助于提高太阳电池的开路电压；另一方面K元素能够促进缓冲层中的镉(Cd)元素向铜铟镓硒吸收层中扩散，从而起到提高异质结界面结晶质量，减少界面复合的作用。

对于柔性衬底(聚酰亚胺、不锈钢、钛箔等)铜铟镓硒薄膜太阳电池，由于衬底材料中不含有碱金属元素，无法如钠钙玻璃衬底一样实现制备过程中碱金属从衬底扩散进吸收层，因此需要采用人为掺杂碱金属的方法来改善太阳电池的性能。采用共蒸发法制备铜铟镓硒太阳电池吸收层的过程中，碱金属掺杂可以采取前掺、共掺(对于三步法共蒸发铜铟镓硒工艺，又分为第一步共掺、第二步共掺、第三步共掺)、后掺等多种方式，其中前掺和共掺的方法碱金属会聚集在晶界处阻碍晶粒间的融合，从而影响吸收层的结晶质量。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种碱金属掺杂铜铟镓硒薄膜太阳电池吸收层的制备方法。

本发明的目的是提供一种具有工艺简单，操作方便，控制准确，产品界面结晶质量好，减少界面复合，保证吸收层薄膜表面具有良好的电学性能等特点的碱金属掺杂铜铟镓硒薄膜太阳电池吸收层的制备方法。

针对申请号CN201710099197.2和CN201610333959.6发明中所述的掺杂单一种类碱金属的方法，本发明提出了在铜铟镓硒吸收层中依次掺入Na、K的工艺，利用掺K提升界面结晶质量的同时促进Na的掺杂，提高载流子浓度。另外针对申请号CN201410724780.4发明中所述的第三步共掺碱金属的方法，本发明提出了后掺碱金属Na、K工艺，可以减小碱金属掺杂对于吸收层结晶质量的不利影响。本发明制备铜铟镓硒薄膜太阳电池采用的技术方案：