[发明专利]控制CIGS薄膜中钠含量的方法、太阳能电池及结构

说明书

技术领域

本发明涉及铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池技术领域，具体的说是一种控制CIGS薄膜中钠含量的方法、一种用于CIGS薄膜太阳能电池的结构以及一种CIGS薄膜太阳能电池。

背景技术

CIGS薄膜太阳能电池，是由Cu(铜)、In(铟)、Ga(镓)、Se(硒)四种元素构成最佳比例的黄铜矿结晶薄膜太阳能电池，具有光吸收能力强、发电稳定性好、转化效率高、生产成本低以及能源回收周期短等诸多优势。CIGS薄膜作为光吸收层材料，其性能直接影响到CIGS太阳能电池器件的表现，特别是在钠钙玻璃衬底上生长的CIGS薄膜。

研究表明：在CIGS太阳能电池的制造及使用中，钠钙玻璃衬底中的大量钠离子会沿着钼背电极的晶界扩散进入CIGS薄膜内部，钠离子的扩散主要存在于两个过程中：第一，在CIGS薄膜的生长过程中，因为这个过程需要经历高温，在热激发状态下钠离子非常容易从钠钙玻璃衬底中扩散进入CIGS薄膜，且这个过程是自发不可控的，同时界面处的氧含量过高也会对钠离子的扩散有一定的促进作用；第二，在CIGS太阳能电池器件的使用过程中，由于电流通过以及外界由于长时间光照引起的温度升高，使得钠离子由于电激发和热激发再次扩散进入CIGS薄膜内部。微量的钠离子存在有助于CIGS晶粒的生长、获得高效的电池器件，然而过量的钠离子会在材料内部形成缺陷态，极大的影响电池效率和稳定性。

发明内容

鉴于上述问题，本申请提供一种控制CIGS薄膜中钠含量的方法、一种用于CIGS薄膜太阳能电池的结构以及一种CIGS薄膜太阳能电池。

本申请采用的技术方案是：

本申请提供一种控制CIGS薄膜中钠含量的方法，包括：

在含钠元素的衬底上形成钠离子阻挡层，阻挡所述衬底中的钠离子扩散到所述CIGS薄膜中；

在所述钠离子阻挡层上形成可控钠源层，通过控制所述可控钠源层的厚度为所述CIGS薄膜提供含量可控的钠离子。

可选的，所述钠离子阻挡层包括至少一种以下材料：氮化硅，氧化硅，氮氧化硅，氮化钛，氧化钛，氮氧化钛，氮氧化锆，氧化锆，氮化锆，氮化铝，氧化铝，氧化硅铝，氮化硅铝，氮氧化硅铝，锌锡氧化物或由硅、锆和钛中的至少一种元素与钼组成的至少两种元素的氧化物、氮化物或氮氧化物。

可选的，所述钠离子阻挡层为氮化硅，所述氮化硅的厚度大于或等于120nm、折射率为2.0～2.1。

优选的，所述氮化硅的厚度为120nm～150nm。

可选的，所述形成钠离子阻挡层的方法是直流溅射沉积、射频溅射沉积、磁控溅射沉积或离子束溅射沉积。

可选的，所述控制CIGS薄膜中钠含量的方法还包括：

在形成可控钠源层前，在所述钠离子阻挡层上形成电极层。

可选的，所述形成钠离子阻挡层的步骤、所述形成电极层的步骤及其之间的过程均是在真空状态下进行的。

可选的，所述形成电极层的方法是蒸发沉积、直流溅射沉积、射频溅射沉积、磁控溅射沉积或离子束溅射沉积。

可选的，所述电极层采用钼、镍或钨材料，所述电极层的厚度大于或等于250nm、电阻率小于14μΩ·cm。

优选的，所述电极层的厚度为300nm～350nm。

可选的，所述可控钠源层包括至少一种以下材料：氟化钠，氯化钠，溴化钠，碘化钠，碳酸钠，硫酸钠，碳酸氢钠，硫酸氢钠。

可选的，所述形成可控钠源层的方法是蒸发沉积、直流溅射沉积、射频溅射沉积、磁控溅射沉积或离子束溅射沉积。

相对应的，本申请还提供一种用于CIGS薄膜太阳能电池的结构，包括含钠元素的衬底、背电极层和CIGS吸收层；

所述衬底与所述背电极层间设有钠离子阻挡层，用于阻挡所述衬底中的钠离子扩散到所述CIGS吸收层中；

所述背电极层与所述CIGS吸收层之间设有可控钠源层，用于为所述CIGS吸收层提供含量可控的钠离子。

可选的，所述钠离子阻挡层包括至少一种以下材料：氮化硅，氧化硅，氮氧化硅，氮化钛，氧化钛，氮氧化钛，氮氧化锆，氧化锆，氮化锆，氮化铝，氧化铝，氧化硅铝，氮化硅铝，氮氧化硅铝，锌锡氧化物或由硅、锆和钛中的至少一种元素与钼组成的至少两种元素的氧化物、氮化物或氮氧化物。

可选的，所述钠离子阻挡层由氮化硅组成，所述氮化硅的厚度大于或等于120nm、折射率为2.0～2.1。

优选的，所述氮化硅的厚度为120nm～150nm。