[发明专利]铜铟镓硒薄膜太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池及其制备方法，包括：提供衬底基板，在所述衬底基板上制备背电极层；在所述背电极层上制备光吸收层；将碱金属氟化物与铟、硒进行共蒸发，从而在所述光吸收层的表面沉积掺杂层；在所述掺杂层上依次制备缓冲层、窗口层和顶电极层。本发明实施例提供的太阳能电池及其制备方法将碱金属氟化物与铟、硒进行共蒸发，由于额外提供了足够的铟、硒参与光吸收层的表面反应，因此碱金属氟化物的蒸发速率可以有效提高。

技术领域

本发明涉及光伏组件技术领域，特别是指一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池及其制备方法。

背景技术

能源短缺和环境污染已成为现代工业和经济快速发展面临的严重问题和挑战，寻求和利用低成本的可再生能源(绿色能源)变得越来越重要。太阳能是一种清洁、丰富的可再生能源，太阳能电池是利用光伏效应将太阳能直接转化为电能的装置。

Cu(In,Ga)Se₂(简称CIGS)薄膜太阳能电池因其高转换效率、突出的稳定性和在多个领域的广泛的应用，而日益受到人们的青睐。衡量电池优劣的最重要的指标是电池的光电转换效率，对CIGS薄膜太阳能电池而言，CIGS光吸收层的优化是提升光电转换效率的重要途径，而碱金属掺杂是优化光吸收层的关键因素。

碱金属元素包括Li(锂)、Na(钠)、K(钾)、Rb(铷)、Cs(铯)等，一般以其稳定的氟化物形式来对CIGS薄膜太阳能电池的光吸收层进行掺杂。适量的碱金属能够增大光吸收层材料的载流子浓度，修复晶界缺陷，对光吸收层的电学性能有显著的改善作用。目前，产业界中最常用的两种碱金属是Na和K，其中：Na主要作用于光吸收层的内部，一般采用预制层掺杂的方式进行掺杂；而K一般采用PDT(post-deposition-treatment，掺杂后退火)方式掺杂，K原子与光吸收层表面的In和Se形成的反应物对于光吸收层表面具有一定的修饰作用，尽管具体机制仍不明确，但能够显著提高器件的开路电压和填充因子，从而提高电池的光电转换效率。

目前，一般在采用共蒸发工艺制备CIGS光吸收层的过程中，在光吸收层薄膜沉积完成后，衬底仍处于高温状态，而为了与光吸收层表面的In和Se充分反应，碱金属氟化物的蒸发速率很慢，一般控制在左右，而其为了达到理想掺杂效果，碱金属厚度一般要求达到以上。这样一来，衬底需要在高温下持续较长时间(≥15分钟)，既造成了热量的浪费，又会影响电池产量。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池及其制备方法，以解决浪费热量和电池产量低的技术问题。

根据本发明的第一方面，其提供了一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：

提供衬底基板，在所述衬底基板上制备背电极层；

在所述背电极层上制备光吸收层；

将碱金属氟化物与铟、硒进行共蒸发，从而在所述光吸收层的表面沉积掺杂层；

在所述掺杂层上依次制备缓冲层、窗口层和顶电极层。

在本发明的一些实施例中，将碱金属氟化物与铟、硒进行共蒸发，从而在所述光吸收层的表面沉积掺杂层，包括：

控制所述衬底基板的温度为300-500℃，将碱金属氟化物与铟、硒共蒸发至所述光吸收层的表面，从而在所述光吸收层的表面沉积10-50nm厚度的掺杂层。

在本发明的一些实施例中，所述共蒸发的时间为1-3分钟。

在本发明的一些实施例中，在将碱金属氟化物与铟、硒进行共蒸发之后，还包括：待所述衬底基板冷却后，采用去离子水、稀盐酸或者氨水冲洗所述掺杂层的表面。

在本发明的一些实施例中，所述碱金属选自锂、钠、钾、铷和铯中的一种或几种。

在本发明的一些实施例中，在所述背电极层上制备光吸收层，包括：