專利名稱：玻璃襯底雙面銅銦鎵硒薄膜太陽電池組件的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光伏電池制造方法，尤其是一種玻璃襯底雙面銅銦鎵硒薄膜太陽電池
組件的制備方法。
背景技術(shù)：
以銅銦鎵硒薄膜作為吸收層的薄膜太陽電池具有較高的光電轉(zhuǎn)換效率和良好的 抗輻射性能，成為光伏電池領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。銅銦鎵硒薄膜太陽電池是在襯底上分別 沉積多層薄膜而構(gòu)成的光伏器件，其一般結(jié)構(gòu)為減反射膜/柵極/透明電極/窗口層/緩 沖層/吸收層/背電極/襯底。此種結(jié)構(gòu)的銅銦鎵硒薄膜電池對光的吸收利用率不高。太 陽光從外界進(jìn)入到達(dá)銅銦鎵硒吸收層，依次經(jīng)過透明電極、窗口層和緩沖層，最后才到達(dá)銅 銦鎵硒吸收層。在此期間，受各層的光透過率等因素的影響，部分光能被以上各層反射、散 射回外界，或被衰減變成熱。同時(shí)，由于銅銦鎵硒吸收層很薄，還有部分光穿透吸收層沒有 被吸收。因此，真正能讓吸收層吸收并最終轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿墓饽芎苌佟?目前沒有發(fā)現(xiàn)同本發(fā)明類似技術(shù)的說明或報(bào)道，也尚未收集到國內(nèi)外類似的資 料。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)太陽電池的銅銦鎵硒吸收層對太陽光的不完全吸收，影響光電 轉(zhuǎn)換效率這一問題，本發(fā)明的目的在于提供一種玻璃襯底雙面銅銦鎵硒薄膜太陽電池組件 的制備方法。本發(fā)明把電池組件設(shè)計(jì)成疊層結(jié)構(gòu)，即在玻璃襯底的兩面分別沉積寬帶隙及 窄帶隙的銅銦鎵硒薄膜電池，其中寬帶隙電池沉積在玻璃襯底的迎光面，而窄帶隙電池沉 積在玻璃襯底的背光面，使得沒有被寬帶隙電池吸收的低能量可見光被窄帶隙電池吸收， 從而提高光能的利用率。 為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明為解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是提供一種 玻璃襯底雙面銅銦鎵硒薄膜太陽電池組件的制備方法，包括如下步驟
步驟一、沉積背電極；在玻璃襯底的兩面上，用兩個(gè)SnO^F靶同時(shí)濺射沉積氧化錫 類透明導(dǎo)電Sn02:F背電極，厚度為0. 7 ii m 1. 0 ii m ;分別對兩面的背電極進(jìn)行激光刻劃；
步驟二、沉積吸收層；用共蒸發(fā)法，即用Cu、 In、 Ga、 Se進(jìn)行反應(yīng)蒸發(fā)，分別在兩面 的背電極上沉積兩層銅銦鎵硒(CuIn卜xGaxSe2)吸收層，厚度為1. 0 y m 1. 5 y m ;蒸發(fā)時(shí)， 襯底溫度控制在40(TC 51(rC。其中迎光面吸收層中各元素的原子比為Cu/(In+Ga): 0. 85 0. 95、 x > 0. 5，為寬帶隙吸收層；背光面吸收層中各元素的原子比為Cu/(In+Ga): 0. 85 0. 95、 x < 0. 35，為窄帶隙吸收層； 步驟三、沉積緩沖層；用化學(xué)水浴法，同時(shí)在兩面的吸收層上沉積Zn(S， 0， OH)緩
沖層，厚度為50nm 100nm，水浴溫度控制在80°C 90°C ; 步驟四、機(jī)械刻劃；分別對兩面的吸收層和緩沖層進(jìn)行機(jī)械刻劃； 步驟五、沉積透明電極層；在兩面的緩沖層上，用兩個(gè)SnO^In靶同時(shí)濺射沉積氧化錫類透明導(dǎo)電Sn02: In透明電極，厚度為300nm 600nm ; 步驟六、透明電極機(jī)械刻劃；分別對兩面的吸收層、緩沖層和透明電極進(jìn)行機(jī)械刻 劃； 步驟七、封裝；在電池組件的正反背電極和透明電極上分別焊接四根匯流條，在每 根匯流條上分別焊接一根引出線；把薄膜太陽電池放在滾壓平臺前，與覆蓋膜、粘接層和背 面覆蓋膜進(jìn)行層壓封裝，最后，把邊框固定在組件上。 上述步驟一、沉積背電極，也可以用兩個(gè)ZnO:Al靶同時(shí)濺射沉積氧化鋅類透明導(dǎo) 電ZnO:Al背電極，厚度為0. 5 ii m 0. 8 ii m ;同時(shí)，步驟五、沉積透明電極層；也可以用兩個(gè) ZnO:B靶同時(shí)濺射沉積氧化鋅類透明導(dǎo)電ZnO:B透明電極，厚度為400nm 800nm。
上述步驟一、沉積背電極，也可以用兩個(gè)ZnO:Ga靶同時(shí)濺射沉積氧化鋅類透明導(dǎo) 電ZnO: Ga背電極，厚度為0. 5 ii m 0. 8 ii m ;同時(shí)，步驟五、沉積透明電極層；也可以采用上 述相同的靶同時(shí)濺射沉積氧化鋅類透明導(dǎo)電ZnO:Ga透明電極，厚度為400nm 800nm。
上述步驟三、沉積緩沖層；也可以用熱蒸發(fā)法同時(shí)沉積ZnS薄膜緩沖層，厚度為 100nm 150nm，襯底溫度為200°C 。 本發(fā)明玻璃襯底雙面銅銦鎵硒薄膜太陽電池組件的制備方法，由于采取上述的技 術(shù)方案，采用了雙面疊層電池結(jié)構(gòu)，提高光能的利用率。同時(shí)，薄膜電池的背電極和透明電 極都采用氧化錫類薄膜或者氧化鋅類薄膜，并且背電極和透明電極都采用濺射方法同時(shí)沉 積在玻璃襯底的兩面，簡化了制備工藝。制備工藝中不含窗口層的沉積，簡化了電池結(jié)構(gòu)。 并且，緩沖層采用Zn(S， 0， 0H)薄膜代替CdS薄膜，不但避免使用含重金屬Cd的有害物質(zhì)， 而且吸收層能接受更寬波長范圍的太陽光，進(jìn)一步光能的利用率。因此，本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡 單、光電轉(zhuǎn)換效率高、無污染和工藝簡便等優(yōu)點(diǎn)。 本發(fā)明應(yīng)用范圍廣泛，可用作玻璃窗，形成多種圖形形狀，成為美觀、實(shí)用的建筑 材料，實(shí)現(xiàn)光伏建筑一體化和并網(wǎng)發(fā)電。


圖1是本發(fā)明制造的玻璃襯底雙面銅銦鎵硒薄膜太陽電池結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是玻璃襯底雙面銅銦鎵硒薄膜太陽電池組件內(nèi)聯(lián)式單元示意圖；
圖3是封裝后的玻璃襯底雙面銅銦鎵硒薄膜太陽電池組件剖面示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合

本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
實(shí)施例1 ; 圖1給出了應(yīng)用本發(fā)明方法制造的玻璃襯底雙面銅銦鎵硒薄膜太陽電池的結(jié)構(gòu) 示意圖，如圖所示，該電池包括依次堆壘的透明電極17、緩沖層15、吸收層13、背電極11、玻 璃襯底10、背電極12、吸收層14、緩沖層16和透明電極18。
根據(jù)本發(fā)明，該電池的制作方法包括如下的步驟
步驟一、沉積背電極； 在玻璃襯底10的兩面上，用兩個(gè)Sn02: F靶同時(shí)濺射沉積氧化錫類透明導(dǎo)電Sn02: F 背電極11和12，厚度為0. 7 ii m 1. 0 ii m。分別對背電極11和12進(jìn)行激光刻劃。
步驟二、沉積吸收層； 用共蒸發(fā)法，即用Cu、 In、 Ga、 Se進(jìn)行反應(yīng)蒸發(fā)，分別在背電極11和12上沉積銅 銦鎵硒(Culn卜xGaxSe2)吸收層13和14，厚度為1. 0 y m 1. 5 y m。其中迎光面吸收層13 中各元素的原子比為Cu/(In+Ga) :0. 85 0. 95、x > 0. 5，為寬帶隙吸收層。背光面吸收層 14中各元素的原子比為Cu/(In+Ga) :0. 85 0. 95、x < 0. 35，為窄帶隙吸收層。蒸發(fā)時(shí)，襯 底溫度控制在400°C 510°C。
步驟三、沉積緩沖層； 用化學(xué)水浴法，同時(shí)在吸收層13和14上沉積Zn (S， 0， 0H)緩沖層15和16，厚度 為50nm 100nm，水浴溫度控制在80°C 90°C 。
步驟四、機(jī)械刻劃； 分別對吸收層13、緩沖層15和吸收層14、緩沖層16進(jìn)行機(jī)械刻劃。
步驟五、沉積透明電極層；在緩沖層15和16上，用兩個(gè)Sn02: In靶同時(shí)濺射沉積氧化錫類透明導(dǎo)電Sn02: In 透明電極17和18，厚度為300nm 600nm。
步驟六、透明電極機(jī)械刻劃； 分別對吸收層13、緩沖層15、透明電極17和吸收層14、緩沖層16、透明電極18進(jìn) 行機(jī)械刻劃。圖2即為制作完成的玻璃襯底雙面銅銦鎵硒薄膜太陽電池組件內(nèi)聯(lián)式單元示 意圖。 步驟七、封裝； 圖3是封裝后的玻璃襯底雙面銅銦鎵硒薄膜太陽電池組件剖面示意圖，如圖3所 示，封裝后的結(jié)構(gòu)包括玻璃襯底20上的雙面銅銦鎵硒薄膜太陽電池組件21 、匯流條22、引 出線23、高透過率覆蓋膜24、粘接層25、背面覆蓋膜26、邊框27。 該步驟包括在玻璃襯底20上制作完成雙面銅銦鎵硒薄膜太陽電池組件21后，在 電池組件的正反背電極和透明電極上分別焊接四根匯流條22，在每根匯流條上分別焊接一 根引出線23。然后，把薄膜太陽電池放在滾壓平臺前，與覆蓋膜24、粘接層25和背面覆蓋 膜26進(jìn)行層壓封裝，最后把邊框27固定在組件上，本發(fā)明的太陽電池組件就制作完成。
上述電池之間的內(nèi)部相互連接也可通過透明導(dǎo)電薄膜實(shí)現(xiàn)。 上述步驟七、封裝，所采用的材料包括高透過率覆蓋膜24可以是ETFE、PTFE、 FEP、PVDF等含氟類聚合物薄膜，厚度為25 ii m，能夠在_85°C +85°0之間穩(wěn)定工作，透光率 在90%以上。粘接層25可以是EVA膜或透明硅樹脂，厚度約為40iim 80iim。粘結(jié)層應(yīng) 為熱固性的，可以通過熱滾壓方式進(jìn)行固化。粘接層的透過率在90%以上，能夠在-85°C +851:之間穩(wěn)定工作。背面覆蓋膜26可以是聚ETFE、PTFE、FEP、PVDF等含氟類聚合物薄膜， 厚度為25iim，能夠在-85t: +85t:之間穩(wěn)定工作，透光率在90X以上。匯流條的厚度不 大于20踐。
實(shí)施例2 上述步驟一、沉積背電極，也可以用兩個(gè)ZnO:Al靶同時(shí)濺射沉積氧化鋅類透明導(dǎo) 電ZnO:Al背電極ll和12，厚度為0. 5 y m 0. 8 y m。同時(shí)，上述步驟五、沉積透明電極層； 也可以用兩個(gè)ZnO:B靶同時(shí)濺射沉積氧化鋅類透明導(dǎo)電ZnO:B透明電極17和18，厚度為 400nm 800nm。其余步驟同實(shí)施例1。
實(shí)施例3 上述步驟一、沉積背電極，也可以用兩個(gè)ZnO:Ga靶同時(shí)濺射沉積氧化鋅類透明導(dǎo)電ZnO:Ga背電極ll和12，厚度為0. 5 y m 0. 8 y m。同時(shí)，上述步驟五、沉積透明電極層；也可以采用相同的靶同時(shí)濺射沉積氧化鋅類透明導(dǎo)電ZnO:Ga透明電極17和18，厚度為400nm 800nm。其余步驟同實(shí)施例1。
實(shí)施例4 上述步驟三、沉積緩沖層；也可以用熱蒸發(fā)法同時(shí)沉積ZnS薄膜緩沖層15和16，厚度為100nm 150nm，襯底溫度為200°C 。其余步驟同實(shí)施例1。 由上所述，本發(fā)明的特點(diǎn)是在玻璃襯底的兩面分別沉積寬帶隙及窄帶隙薄膜太陽電池，其中寬帶隙電池為迎光面，透過的低能量可見光被窄帶隙電池吸收，通過透明導(dǎo)電薄膜實(shí)現(xiàn)電池組件的內(nèi)部相互連接，從而，提高了太陽電池的光伏轉(zhuǎn)換效率。
權(quán)利要求
一種玻璃襯底雙面銅銦鎵硒薄膜太陽電池組件的制備方法，其特征在于，該方法包括如下步驟步驟一、沉積背電極；在玻璃襯底[10]的兩面上，用兩個(gè)SnO2:F靶同時(shí)濺射沉積氧化錫類透明導(dǎo)電SnO2:F背電極[11]和[12]，厚度為0.7μm～1.0μm；再分別對背電極[11]和[12]進(jìn)行激光刻劃；步驟二、沉積吸收層；用共蒸發(fā)法，即用Cu、In、Ga、Se進(jìn)行反應(yīng)蒸發(fā)，分別在背電極[11]和[12]上沉積銅銦鎵硒(CuIn1-xGaxSe2)吸收層[13]和[14]，厚度為1.0μm～1.5μm；蒸發(fā)時(shí)，襯底溫度控制在400℃～510℃；其中迎光面吸收層[13]中各元素的原子比為Cu/(In+Ga)0.85～0.95、x＞0.5，為寬帶隙吸收層；背光面吸收層[14]中各元素的原子比為Cu/(In+Ga)0.85～0.95、x＜0.35，為窄帶隙吸收層；步驟三、沉積緩沖層；用化學(xué)水浴法，同時(shí)在吸收層[13]和[14]上沉積Zn(S，O，OH)緩沖層[15]和[16]，厚度為50nm～100nm，水浴溫度控制在80℃～90℃；步驟四、機(jī)械刻劃；分別對吸收層[13]、緩沖層[15]和吸收層[14]、緩沖層[16]進(jìn)行機(jī)械刻劃；步驟五、沉積透明電極層；在緩沖層[15]和[16]上，用兩個(gè)SnO2:In靶同時(shí)濺射沉積氧化錫類透明導(dǎo)電SnO2:In透明電極[17]和[18]，厚度為300nm～600nm；步驟六、透明電極機(jī)械刻劃；分別對吸收層[13]、緩沖層[15]、透明電極[17]和吸收層[14]、緩沖層[16]、透明電極[18]進(jìn)行機(jī)械刻劃；步驟七、封裝；在玻璃襯底[20]上制作完成雙面銅銦鎵硒薄膜太陽電池組件[21]后，在電池組件的正反背電極和透明電極上分別焊接四根匯流條[22]，在每根匯流條上分別焊接一根引出線[23]；把薄膜太陽電池放在滾壓平臺前，與覆蓋膜[24]、粘接層[25]和背面覆蓋膜[26]進(jìn)行層壓封裝，最后，把邊框[27]固定在組件上。
2. 如權(quán)利要求1所述的雙面銅銦鎵硒薄膜太陽電池組件的制備方法，其特征在于所 述的步驟七、封裝，進(jìn)一步包括電池之間的內(nèi)部相互連接也可通過透明導(dǎo)電薄膜實(shí)現(xiàn)。
3. 如權(quán)利要求1所述的雙面銅銦鎵硒薄膜太陽電池組件的制備方法，其特征在于所 述的步驟七、封裝，采用如下的材料所述的覆蓋膜[24]可以是ETFE、PTFE、FEP、PVDF含氟類聚合物薄膜，厚度為25 y m，能 夠在-85°C +85°〇之間穩(wěn)定工作，透光率在90%以上；所述的粘接層[25]可以是EVA膜或透明硅樹脂，厚度為40iim 80iim;為熱固性 材料，可以通過熱滾壓方式進(jìn)行固化；所述粘接層的透過率在90%以上，能夠在-85°C +851:之間穩(wěn)定工作；所述的背面覆蓋膜[26]可以是ETFE、PTFE、FEP、PVDF含氟類聚合物薄膜，厚度為25iim，能夠在-85。C +85。C之間穩(wěn)定工作，透光率在90X以上；； 所述的匯流條[22]的厚度不大于20ym。
4. 如權(quán)利要求1所述的雙面銅銦鎵硒薄膜太陽電池組件的制備方法，其特征在于所 述的步驟一、沉積背電極，也可以用兩個(gè)ZnO:Al靶同時(shí)濺射沉積透明導(dǎo)電ZnO:Al背電極 [11]禾卩[12]，厚度為0.5iim 0.8iim;同時(shí)，所述的步驟五、沉積透明電極層；也可以用兩個(gè)ZnO:B靶同時(shí)濺射沉積透明導(dǎo)電 ZnO:B透明電極[17]禾P [18]，厚度為400nm 800nm。
5. 如權(quán)利要求1或4所述的雙面銅銦鎵硒薄膜太陽電池組件的制備方法，其特征在 于所述的步驟一、沉積背電極，也可以用兩個(gè)ZnO:Ga靶同時(shí)濺射沉積氧化鋅類透明導(dǎo)電 ZnO:Ga背電極[11]禾P [12]，厚度為0. 5 y m 0. 8 y m ;同時(shí)，所述的步驟五、沉積透明電極層；也可以采用上述相同的靶同時(shí)濺射沉積氧化鋅 類透明導(dǎo)電ZnO:Ga透明電極[17]和[18]，厚度為400nm 800nm。
6. 如權(quán)利要求1所述的雙面銅銦鎵硒薄膜太陽電池組件的制備方法，其特征在于所 述的步驟三、沉積緩沖層；也可以用熱蒸發(fā)法同時(shí)沉積ZnS薄膜緩沖層[15]和[16]，厚度 為100nm 150nm，襯底溫度為2Q0。C 。
全文摘要
本發(fā)明涉及光伏電池制造方法，公開了一種玻璃襯底雙面銅銦鎵硒薄膜太陽電池組件的制備方法；包括一、在玻璃襯底[10]的兩面沉積背電極[11]和[12]，對背電極激光刻劃；二、在兩面的背電極上沉積吸收層[13]和[14]；其中，迎光面吸收層[13]為寬帶隙吸收層；背光面吸收層[14]為窄帶隙吸收層；三、沉積緩沖層[15]和[16]；四、機(jī)械刻劃；五、沉積透明電極層[17]和[18]；六、透明電極機(jī)械刻劃；七、封裝。本發(fā)明有效地提高了銅銦鎵硒吸收層對光能的吸收，取得了結(jié)構(gòu)簡單、光電轉(zhuǎn)換效率高、無污染和工藝簡便等有益效果。
文檔編號H01L31/18GK101752453SQ20081020403
公開日2010年6月23日 申請日期2008年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月4日
發(fā)明者徐傳明, 曹章軼, 王小順, 馬賢芳 申請人:上?？臻g電源研究所