[发明专利]铜铟镓硒电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电池，尤其涉及铜铟镓硒电池及该铜铟镓硒电池的制备方法。

背景技术

由于成本过高、工艺复杂、生产设备昂贵等原因，传统的晶硅太阳能电池的普及受到限制，薄膜太阳能电池以其成本低廉、工艺简单等特点为新能源取代传统能源开辟了新的道路，如何大规模生产薄膜太阳能电池是如今太阳能行业的研究热点。

近年来，铜铟镓硒电池(Cu(In，Ga)Se，简称CIGS)因为其成本低廉、稳定性强、转换效率高以及可制备在柔性基底上等原因，受到了广泛的关注，得到了迅猛的发展。传统的利用共蒸法制备的CIGS电池因为对镓元素的分布可控，保证镓元素在吸收层内呈“V”字状分布，而使得制得的电池效率最高，但共蒸法生产效率低且受设备限制难以实现大规模生产，因此，如何使用简单的工艺制备高品质的CIGS吸收层是取得突破的关键。

在制备CIGS吸收层的各种工艺中，电沉积法以其可以通过调节沉积电压、电沉积液浓度配比等有效控制沉积制备的效果，而且设备简单，不需要真空条件等优势成为了研究的热点，但是，如何在CIGS吸收层中实现镓元素“V”字分布以及如何在不锈钢基底CIGS电池掺钠仍然是电沉积法所面临的技术问题。

发明内容

本发明解决的问题是在CIGS吸收层中实现镓元素“V”型分布和以不锈钢为基底的CIGS吸收层中掺钠困难的问题。

为解决上述问题，本发明提供一种铜铟镓硒电池，该铜铟镓硒电池包括依次包括衬底、P型掺钠的CIGS吸收层、n型缓冲层、n型氧化锌层、透明导电层和采集电极，所述P型掺钠的CIGS吸收层和n型氧化锌层构成PN结，所述P型掺钠的CIGS吸收层的厚度是1～10微米，依次包括镓浓度为1％～1.5％的低镓CIGS吸收层、镓浓度为3％～5％的中镓CIGS吸收层和镓浓度为6％～8％的高镓CIGS吸收层。

可选地，所述低镓CIGS吸收层镓浓度为1％，中镓CIGS吸收层镓浓度为4％，高镓CIGS吸收层的镓浓度为6％。

本发明还提供上述铜铟镓硒电池的制备方法，该方法包括如下步骤：制备电沉积液原料：将金属铟溶于浓盐酸制备氯化铟溶液，将金属镓溶于浓盐酸制备氯化镓溶液，将金属镓溶于浓硝酸制备硝酸镓溶液；制备电沉积液：将氯化铜和柠檬酸钠与上述电沉积液原料溶于去离子水，搅拌均匀而获得镓离子浓度依次升高的第一份电沉积液、第二份电沉积液和第三份电沉积液，其中，每份电沉积液的PH值在1～1.8之间，第一份电沉积液的氯化铜的浓度为0.01～0.025M/L、氯化铟的浓度为0.025～0.125M/L、氯化镓与硝酸镓总浓度分别为0.02～0.2M/L，第二份电沉积液的氯化铜的浓度为0.01～0.025M/L、氯化铟的浓度为0.025～0.125M/L、氯化镓与硝酸镓总浓度分别为0.025～0.25M/L，第三份电沉积液的氯化铜的浓度为0.01～0.025M/L、氯化铟的浓度为0.025～0.125M/L、氯化镓与硝酸镓总浓度分别为0.03～0.3M/L；电沉积铜铟镓层：以镀钼的不锈钢衬底作为阴极，按照镓离子浓度从低至高的顺序先后将所述镀钼的不锈钢衬底在三份电沉积液中沉积，取出用氮气烘干；硒化掺钠：将所述铜铟镓层置于硒化室中，使用固态硒化源，该固态硒化源含有浓度为0.1％～1％的硒化钠；用水浴法制备n型缓冲层；用溶胶凝胶法制备n型氧化锌层；用溅射法制备透明导电层；用蒸镀法制备采集电极。

可选地，电沉积铜铟镓层步骤中，沉积电压为1.0～1.8V，沉积时间为1～3分钟。

可选地，硒化掺钠步骤具体是：将硒化室真空抽至3×10-3Pa以下，温度保持在300～700℃，硒化时间为10～30分钟的条件下进行

可选地，所述PH＝1.5。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明利用电沉积工艺，以镓离子浓度由低至高的顺序将镀钼的不锈钢衬底先后在所述电沉积液中沉积，这样，确保在CIGS吸收层中镓元素呈“V”字分布，再者，本发明通过在固态硒化源中掺杂硒化钠，克服了在不锈钢为基底的CIGS吸收层中掺钠困难的问题，提高了CIGS吸收层的传导率，钝化了晶界缺陷。另外，本发明采用电沉积法，工艺步骤简单，与真空法制备铜铟镓硒电池相比，不需要昂贵的抽真空设备和高纯度的原料，大大地降低了铜铟镓硒电池的生产成本，适合大规模产业化。

附图说明

图1是本发明铜铟镓硒电池的结构示意图

图2是本发明用于制备CIGS吸收层的装置的结构示意图。

具体实施方式