專利名稱：一種薄膜太陽能電池及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種薄膜太陽能電池及其制備方法。
背景技術(shù)：
太陽能電池可直接將太陽能轉(zhuǎn)變成電能。大規(guī)模的太陽能發(fā)電，近期可解決無電地區(qū)特別是偏遠山區(qū)的能源問題以及野外活動、野外作業(yè)等特殊場合的需求。從長遠看，如果太陽能電池能大量推廣應(yīng)用，不但可達到綠色環(huán)保的目的，而且會逐步改變傳統(tǒng)的能源結(jié)構(gòu)，對緩解日常生活中能源緊張、改善生態(tài)環(huán)境具有重大意義。
目前技術(shù)上成熟、市場上占主導(dǎo)地位的太陽能電池是硅基太陽能電池，其中晶體硅太陽能電池由于其昂貴的生產(chǎn)成本和復(fù)雜的制備工藝是大力推廣的主要故障；非晶硅薄膜太陽能電池雖然在成本和工藝上比前者有優(yōu)勢，但由于材料固有的亞穩(wěn)態(tài)和多缺陷的特性造成電池的穩(wěn)定性較低，大面積光電轉(zhuǎn)換效率難以進一步提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服硅基太陽能電池和非晶硅薄膜太陽能電池的缺點，提供一種成本低、制備方法簡單、穩(wěn)定性好、對太陽光譜的吸收利用率和光電轉(zhuǎn)換效率高的薄膜太陽能電池及其制備方法。
本發(fā)明的薄膜太陽能電池依次由襯底、電極、p型銅銦硒層、n型硫化鎘層、p型多晶硅層、n型多晶硅層和電極疊層構(gòu)成。
上述銅銦硒層可縮寫成CIS層，硫化鎘層可縮寫成CdS層。
本發(fā)明薄膜太陽能電池的制備方法依下列步驟進行(1)采用磁控濺射加真空硒化退火方法在襯底上制備p型銅銦硒(CIS)膜；(2)用真空蒸發(fā)方法在p型銅銦硒(CIS)膜上生長n型硫化鎘(CdS)層形成銅銦硒/硫化鎘(CIS/CdS)復(fù)合結(jié)構(gòu)；(3)在銅銦硒/硫化鎘(CIS/CdS)復(fù)合結(jié)構(gòu)上采用PCVD工藝和金屬誘導(dǎo)固相晶化方法制備p型多晶硅層、n型多晶硅層；(4)形成多晶硅一銅銦硒疊層復(fù)合結(jié)構(gòu)的薄膜太陽能電池。
為了解決好硫化鎘(CdS)層與多晶硅層的結(jié)合問題，在上述步驟(2)與(3)之間，在硫化鎘(CdS)層上先用真空熱蒸發(fā)法鍍上一層納米層厚的鋁，這樣一方面解決了硫化鎘(CdS)層與多晶硅層的邊界面結(jié)合問題，同時鋁層又作為多晶硅金屬誘導(dǎo)固相晶化的誘導(dǎo)金屬。
多晶硅薄膜是由許多大小不等、具有不同晶面取向的小晶粒所構(gòu)成。高質(zhì)量的半導(dǎo)體多晶硅薄膜的許多性能參數(shù)是集晶體硅材料和非晶硅氫合金薄膜材料的優(yōu)點于一體。其在長波段具有高光敏性、對可見光能有效吸收，又具有與晶體硅一樣的光照穩(wěn)定性，被認為是一種高效、低耗的理想的太陽能電池材料。另一方面，大晶粒的多晶硅薄膜具有與晶體硅相比擬的高遷移率。理論計算表明，a-Si/Poly-Si疊層太陽電池效率可達28％。目前，Kaneka公司設(shè)計的STAR結(jié)構(gòu)多晶硅太陽電池，效率已達10.7％，且沒有非晶硅所固有的光致衰減現(xiàn)象。而另一種SOI結(jié)構(gòu)的多晶硅太陽電池獲得了高達14.22％的效率。H.Morikawa更是在實驗室制造了效率高達16％的多晶硅太陽電池樣品。
另一方面銅銦硒(CIS)是一種I-III-VI族三元化合物半導(dǎo)體材料，它與硫化鎘(CdS)構(gòu)成的異質(zhì)結(jié)薄膜太陽能電池是從20世紀80年代初發(fā)展起來的多晶薄膜電池，具有廉價、高效、近于單晶硅太陽電池的穩(wěn)定性和較強的空間抗輻射性能，從效率來看，到2000年電池的效率達到了18.8％。
本發(fā)明與現(xiàn)有的太陽能電池相比，由于它結(jié)合了多晶硅電池和銅銦硒電池的優(yōu)點，因此具有如下優(yōu)點1、提高對太陽光譜的吸收利用率；2、采用疊層結(jié)構(gòu)，提高光電轉(zhuǎn)換效率；3、采用廉價襯底材料和低成本的薄膜材料，降低太陽電池的造價，便于推廣應(yīng)用。


圖1為本發(fā)明薄膜太陽能電池層斷結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的薄膜太陽能電池依次由襯底1、電極201、p型銅銦硒(CIS)層3、n型硫化鎘(CdS)層4、p型多晶硅層6、n型多晶硅層7和電極202疊層構(gòu)成。
本發(fā)明薄膜太陽能電池的制備方法依下列步驟進行(1)采用磁控濺射加真空硒化退火方法在襯底上制備p型銅銦硒(CIS)膜；(2)用真空蒸發(fā)方法在p型銅銦硒(CIS)膜上生長n型硫化鎘(CdS)層形成銅銦硒/硫化鎘(CIS/CdS)復(fù)合結(jié)構(gòu)；(3)在銅銦硒/硫化鎘(CIS/CdS)復(fù)合結(jié)構(gòu)上采用PCVD工藝和金屬誘導(dǎo)固相晶化方法制備p型多晶硅層、n型多晶硅層；(4)形成多晶硅--銅銦硒疊層復(fù)合結(jié)構(gòu)的薄膜太陽能電池。
為了解決好硫化鎘(CdS)層與多晶硅層的結(jié)合問題，在上述步驟(2)與(3)之間，在硫化鎘(CdS)層上先用真空熱蒸發(fā)法鍍上一層納米層厚的鋁5，這樣一方面解決了硫化鎘(CdS)層與多晶硅層的邊界面結(jié)合問題，同時鋁層又作為多晶硅金屬誘導(dǎo)固相晶化的誘導(dǎo)金屬。
權(quán)利要求
1.一種薄膜太陽能電池，其特征是它依次由襯底(1)、電極(201)、p型銅銦硒層(3)、n型硫化鎘層(4)、p型多晶硅層(6)、n型多晶硅層(7)和電極(202)疊層構(gòu)成。
2.權(quán)利要求1薄膜太陽能電池的制備方法，其特征是依下列步驟進行(1)采用磁控濺射加真空硒化退火方法在襯底上制備p型銅銦硒膜；(2)用真空蒸發(fā)方法在p型銅銦硒膜上生長n型硫化鎘層形成銅銦硒/硫化鎘復(fù)合結(jié)構(gòu)；(3)在銅銦硒/硫化鎘復(fù)合結(jié)構(gòu)上采用PCVD工藝和金屬誘導(dǎo)固相晶化方法制備p型多晶硅層、n型多晶硅層；(4)形成多晶硅--銅銦硒疊層復(fù)合結(jié)構(gòu)的薄膜太陽能電池。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的薄膜太陽能電池的制備方法，其特征是在步驟(2)與(3)之間，在硫化鎘(CdS)層上先用真空熱蒸發(fā)法鍍上一層納米層厚的鋁(5)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種薄膜太陽能電池及其制備方法。該薄膜太陽能電池依次由襯底、電極、p型銅銦硒層、n型硫化鎘層、p型多晶硅層、n型多晶硅層和電極疊層構(gòu)成。本發(fā)明薄膜太陽能電池的制備方法依下列步驟進行(1)采用磁控濺射加真空硒化退火方法在襯底上制備p型銅銦硒(CIS)膜；(2)用真空蒸發(fā)方法在p型銅銦硒(CIS)膜上生長n型硫化鎘(CdS)層形成銅銦硒/硫化鎘(CIS/CdS)復(fù)合結(jié)構(gòu)；(3)在銅銦硒/硫化鎘(CIS/CdS)復(fù)合結(jié)構(gòu)上采用PCVD工藝和金屬誘導(dǎo)固相晶化方法制備p型多晶硅層、n型多晶硅層；(4)形成多晶硅－銅銦硒疊層復(fù)合結(jié)構(gòu)的薄膜太陽能電池。
文檔編號H01L31/078GK1547260SQ20031011741
公開日2004年11月17日 申請日期2003年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月17日
發(fā)明者姚若河, 鄭學(xué)仁 申請人:華南理工大學(xué)