專利名稱：具有陷光結(jié)構(gòu)的超薄銅銦鎵硒薄膜太陽電池的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光伏電池制造方法，尤其是一種具有陷光結(jié)構(gòu)的超薄銅銦鎵硒薄膜太
陽電池的制備方法。
背景技術(shù)：
銅銦鎵硒薄膜太陽電池自二十世紀七十年代中期起步以來，就以其優(yōu)越的性能受
到人們的普遍重視，發(fā)展非常迅速，是最有發(fā)展前途的薄膜太陽電池之一。其典型結(jié)構(gòu)為依
次堆壘的襯底/背電極/吸收層/緩沖層/窗口層/上電極/減反射層。 在電池結(jié)構(gòu)中，吸收層為直接帶隙的銅銦鎵硒(CuIn卜xGax(Sei—ySy)2)薄膜，厚度一
般在1. 5 i！ m 2 i！ m范圍。在保持光電轉(zhuǎn)化效率不變的前提下，盡可能地減薄吸收層的厚
度，使得沉積時間和材料成本降低，是目前國際上發(fā)展該類電池技術(shù)的主要趨勢。 薄化吸收層厚度(厚度< lPm)，一方面可以減少In、Ga等貴金屬的用量，降低材
料和工藝的成本；另一方面可以顯著降低電池重量，拓展電池的應(yīng)用領(lǐng)域。但是，對于厚度
薄化的吸收層，有很大一部分的光能會透過吸收層，無法被其吸收，引起顯著的電池性能衰
減。為了提高太陽光的利用率，背電極薄膜必須具有良好的光學(xué)反射性能，使得未被吸收的
太陽光能被反射回到吸收層中進行循環(huán)利用。 目前，銅銦鎵硒薄膜電池結(jié)構(gòu)通常采用金屬Mo薄膜材料作為背電極，但其光學(xué)反 射率不高，無法滿足超薄電池的要求。而具有很高的光學(xué)反射率的金屬Ag薄膜材料，在吸 收層的制備過程中，Ag會大量擴散到吸收層中形成雜相化合物，而降低電池性能。因此，對 于超薄銅銦鎵硒薄膜太陽電池，必須設(shè)計一種具有高光學(xué)反射率、低電阻率和薄膜間界面 穩(wěn)定的陷光結(jié)構(gòu)，從而有效地解決吸收層的厚度薄化與電池轉(zhuǎn)化效率衰減之間的矛盾。
目前沒有發(fā)現(xiàn)同本發(fā)明類似技術(shù)的說明或報道，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)吸收層的厚度薄化與電池轉(zhuǎn)化效率衰減之間的矛盾等問題，本 發(fā)明的目的在于提供一種具有陷光結(jié)構(gòu)的超薄銅銦鎵硒薄膜太陽電池的制備方法。應(yīng)用本 發(fā)明方法制作的太陽電池的陷光結(jié)構(gòu)由背反射復(fù)合層和吸收層所組成，在電池吸收層厚度 小于1 P m的情況下能充分吸收太陽光譜，大大提高了電池效率。 為了達到上述發(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 具有陷光結(jié)構(gòu)的玻璃襯底超薄銅銦鎵硒薄膜太陽電池的制造方法，包括如下步驟
步驟一、在清洗處理后的普通鈉鈣玻璃襯底上，濺射沉積背電極Mo膜，厚度為 0. 5 ii m 1. 0 ii m ;步驟二、在背電極上濺射沉積具有絨度的Ag膜，厚度為50nm 150nm，襯 底溫度為150°C 30(TC;步驟三、采用濺射法沉積透明導(dǎo)電Zn0:Al薄膜，厚度為0. 15 y m 0. 25iim，襯底溫度為15(TC 250。C ;步驟四、濺射沉積厚度為3nm 20nm的Mo膜，采用 固態(tài)硒源硒化法對其硒化，形成厚度為5nm 25nm的MoSe2薄膜；步驟五、利用共蒸發(fā)法沉積具有"V"型帶隙梯度分布的銅銦鎵硒(CuIn卜xGax(Sei—ySyh，原子比y = 0)吸收層，即 在MoSe2薄膜上先沉積寬帶隙銅銦鎵硒(原子比x > 0. 7， y = 0)薄膜，厚度為0. 05 y m 0. 12 m，再沉積窄帶隙銅銦鎵硒薄膜(原子比0. 35 > x > 0. 22， y = 0)，通過工藝參數(shù)調(diào) 控，在吸收層中形成"V"型帶隙梯度分布；吸收層的厚度為0. 3 m 1. 0 m ;吸收層薄膜 制備過程中，襯底溫度控制在36(TC 51(TC ;吸收層沉積結(jié)束后，對其進行原位蒸發(fā)適量 NaF材料的熱處理，使得吸收層中Na原子的含量保持在0. 1 % ;步驟六、用化學(xué)水浴法，在吸 收層上沉積Zn(S， 0， OH)緩沖層，厚度為30nm 70nm ;步驟七、在襯底未加熱的條件下，濺 射沉積透明窗口層Sn02: In薄膜，厚度為0. 2 m 0. 4 m ;步驟八、在透明窗口層上蒸發(fā)沉 積上電極Ni/Al復(fù)合薄膜，厚度為2. 5 m 3 m ;步驟九、蒸發(fā)沉積減反射層MgF2薄膜，厚 度為lOOnm 130nm。 為了達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明為解決其技術(shù)問題所采用的另一個技術(shù)方案是提 供一種具有陷光結(jié)構(gòu)的柔性襯底超薄銅銦鎵硒薄膜太陽電池的制造方法，其特征在于，該 方法包括如下步驟 步驟一，在清洗處理后的柔性襯底上濺射沉積一層厚度為0. 5 m 1. 0 m的 Si02薄膜；在該薄膜上濺射沉積背電極Mo膜，厚度為0. 5 m 1. 0 m ;步驟二、在背電極 上濺射沉積具有絨度的Ag膜，厚度為50nm 150nm，襯底溫度為150°C 300°C ;步驟三、 采用濺射法沉積透明導(dǎo)電ZnO:Al薄膜，厚度為0. 15 y m 0. 25 y m，襯底溫度為150°C 250°C ;步驟四、濺射沉積厚度為3nm 20nm的Mo膜，采用固態(tài)硒源硒化法對其硒化，形成 厚度為5nm 25nm的MoSe2薄膜；步驟五、利用共蒸發(fā)法沉積具有"V"型帶隙梯度分布的 銅銦鎵硒(CuIn卜xGax(Sei—ySy)2，原子比y = 0)吸收層[15]，即在MoSe2薄膜上先沉積寬帶 隙銅銦鎵硒(原子比x > 0. 7， y = 0)薄膜，厚度為0. 05 ii m 0. 12 ii m，再沉積窄帶隙銅 銦鎵硒薄膜(原子比0. 35 > x 22， y = 0)，通過工藝參數(shù)調(diào)控，在吸收層中形成"V" 型帶隙梯度分布；吸收層的厚度為0. 3 m 1. 0 m ;吸收層薄膜制備過程中，襯底溫度控 制在360°C 510°C ;吸收層沉積結(jié)束后，對其進行原位蒸發(fā)適量NaF材料的熱處理，使得 吸收層中Na原子的含量保持在0.1% ;步驟六、用化學(xué)水浴法，在吸收層上沉積Zn(S， 0， OH)緩沖層，厚度為30nm 70nm ;步驟七、在襯底未有意加熱的條件下，濺射沉積透明窗口 層Sn02: In薄膜，厚度為0. 2 y m 0. 4 y m ;步驟八、在透明窗口層上蒸發(fā)沉積上電極Ni/Al 復(fù)合薄膜，厚度為2. 5 m 3 m ;步驟九、蒸發(fā)沉積減反射層MgF2薄膜，厚度為lOOnm 130nm。 本發(fā)明具有陷光結(jié)構(gòu)的超薄銅銦鎵硒薄膜太陽電池的制備方法，由于采取上述的 技術(shù)方案，采用超薄吸收層結(jié)構(gòu)(厚度為0.3iim l.Oiim)，一方面減少了 In、 Ga等貴金 屬的用量，降低材料、工藝等電池制造成本；另一方面顯著降低了薄膜電池的重量，拓展電 池的應(yīng)用領(lǐng)域。同時，背反射復(fù)合層與"V"型梯度帶隙分布的吸收層共同形成陷光結(jié)構(gòu)，盡 可能減少吸收層薄化導(dǎo)致的光學(xué)與電學(xué)損失，大大提高了電池轉(zhuǎn)化效率。并且緩沖層采用 Zn(S，0，0H)薄膜代替常規(guī)使用的CdS薄膜，避免了重金屬Cd元素對環(huán)境的污染。因此，本 發(fā)明具有工藝簡單、材料成本低、無污染的特點，可顯著降低薄膜太陽電池的制造成本。


圖1為應(yīng)用本發(fā)明方法制造的具有陷光結(jié)構(gòu)的玻璃襯底超薄銅銦鎵硒薄膜太陽電池的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為應(yīng)用本發(fā)明方法制造的具有陷光結(jié)構(gòu)的柔性襯底超薄銅銦鎵硒薄膜太陽 電池的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
圖1為應(yīng)用本發(fā)明方法制造的具有陷光結(jié)構(gòu)的玻璃襯底超薄銅銦鎵硒薄膜太陽 電池的結(jié)構(gòu)示意圖；如圖1所示，該太陽電池包括依次堆壘的普通鈉鈣玻璃襯底10、背電 極Mo膜11、 Ag膜12、透明導(dǎo)電ZnO:Al薄膜13、 MoSe2薄膜14、吸收層15、緩沖層16、透明 窗口層Sn02: In薄膜17、電極Ni/Al復(fù)合薄膜18、減反射層MgF2薄膜19。
圖2為應(yīng)用本發(fā)明制造的具有陷光結(jié)構(gòu)的柔性襯底超薄銅銦鎵硒薄膜太陽電池 的結(jié)構(gòu)示意圖；如圖2所示，該太陽電池包括依次堆壘的柔性襯底20、 Si02薄膜21、背電 極Mo膜11、 Ag膜12、透明導(dǎo)電Zn0:Al薄膜13、 MoSe2薄膜14、吸收層15、緩沖層16、透明 窗口層Sn02: In薄膜17、電極Ni/Al復(fù)合薄膜18、減反射層MgF2薄膜19。
上述太陽電池中，在背電極上依次沉積Ag膜、透明導(dǎo)電氧化物薄膜和MoS^薄膜， 構(gòu)成背反射復(fù)合層。背反射復(fù)合層和吸收層共同組成陷光結(jié)構(gòu)。其中Ag膜作為反射層，Ag 膜具有很高的光學(xué)反射率，而且沉積的Ag膜表面具有一定的絨度，使得透過吸收層的太陽 光子通過背反射復(fù)合層的作用，能返回吸收層內(nèi)而被最大化吸收。因為Ag易于In、 Ga、 Se 等元素形成雜相化合物，因此在Ag膜表面需沉積一層透明導(dǎo)電氧化物薄膜，可以是氧化鋅 類薄膜(ZnO:Al、 ZnO:B、 ZnO:Ga、 ZnO:Mg)或者氧化錫類薄膜(Sn02:F、 Sn02: In)，它能阻擋 Ag原子向吸收層內(nèi)部擴散，改善Ag膜與吸收層之間的界面穩(wěn)定性。在氧化物薄膜表面形 成一薄層MoSe2，既能阻止氧化物向吸收層內(nèi)部的擴散，又能兩者之間的準歐姆接觸，提高 電池性能。因此，本發(fā)明的背反射復(fù)合層具有高光學(xué)反射率、低電阻率和薄膜間界面穩(wěn)定的 特點。同時，利用共蒸發(fā)法沉積的銅銦鎵硒(原子比y = 0)薄膜或者濺射金屬預(yù)置層后硒 化/硫化法沉積的銅銦鎵硒(原子比0.15《y《0. 3)薄膜中具有"V"型帶隙梯度分布， 從而最大限度地利用太陽光譜。背反射復(fù)合層與吸收層所形成的陷光結(jié)構(gòu)，能夠有效地增 加光程和光生載流子的收集，降低吸收層薄化導(dǎo)致的各種損失，顯著地提高超薄銅銦鎵硒 薄膜太陽電池的轉(zhuǎn)化效率。 以上所述的超薄銅銦鎵硒薄膜太陽電池，襯底為普通鈉鈣玻璃或者柔性材料(金 屬不銹鋼箔、鈦箔、聚酰亞胺)。對于柔性襯底，在沉積背電極前，先要濺射沉積一層厚度為 0. 5 ii m 1. 0 ii m的Si02薄膜，阻止襯底中的各種有害雜質(zhì)元素向吸收層內(nèi)擴散，并降低襯 底材料的表面粗糙度，有利于提高后續(xù)生長的薄膜材料質(zhì)量。而對于玻璃襯底，無須此項工 藝。吸收層(CuIn卜xGax(Sei—ySy)2)沉積結(jié)束后，對其原位蒸發(fā)適量NaF材料進行熱處理，使 得吸收層中Na原子的含量保持在0. 1%左右，起到了鈍化晶界缺陷和純化雜質(zhì)的作用。
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明，即上述兩種太陽電池的制造方法進行詳細的描 述。 實施例1 圖1給出了具有陷光結(jié)構(gòu)的玻璃襯底超薄銅銦鎵硒薄膜太陽電池的結(jié)構(gòu)示意圖， 根據(jù)本發(fā)明，該太陽電池的制造方法包括如下的步驟 步驟一、在清洗處理后的普通鈉鈣玻璃襯底10上，濺射沉積背電極Mo膜ll，厚度為0. 5 li m 1. 0 li m。 步驟二、在背電極11上濺射沉積具有一定絨度的Ag膜12，厚度為50nm 150nm， 襯底溫度為150°C 300°C。 步驟三、采用濺射法沉積透明導(dǎo)電ZnO:Al薄膜13，厚度為0. 15 y m 0. 25 y m，襯
底溫度為150°C 250°C。 步驟四、濺射沉積厚度為3nm 20nm的Mo膜，采用固態(tài)硒源硒化法對其硒化，形 成厚度為5nm 25nm的MoSe2薄膜14。 步驟五、利用共蒸發(fā)法沉積具有"V"型帶隙梯度分布的銅銦鎵硒 (CulrvxGax(Sei—ySy)2，原子比y = 0)吸收層15。即在MoSe2薄膜14上先沉積寬帶隙銅銦鎵 硒(原子比x > 0. 7， y = 0)薄膜，厚度為0. 05 ii m 0. 12 ii m，再沉積窄帶隙銅銦鎵硒薄膜 (原子比0. 35 > x > 0. 22，y = 0)，通過工藝參數(shù)調(diào)控，在吸收層中形成"V"型帶隙梯度分 布。吸收層的厚度為0.3iim l.Oiim。吸收層薄膜制備過程中，襯底溫度控制在360°C 510°C。吸收層沉積結(jié)束后，對其進行原位蒸發(fā)適量NaF材料的熱處理，使得吸收層中Na原 子的含量保持在O. 1%左右。 步驟六、用化學(xué)水浴法，在吸收層15上沉積Zn (S， 0， OH)緩沖層16，厚度為30nm 70nm。 步驟七、在襯底未有意加熱的條件下，濺射沉積透明窗口層Sn0^1n薄膜17，厚度 為0. 2 li m 0. 4 li m。 步驟八、在透明窗口層17上蒸發(fā)沉積上電極Ni/Al復(fù)合薄膜18，厚度為2. 5 y m 3 m。 步驟九、蒸發(fā)沉積減反射層MgF2薄膜19，厚度為lOOnm 130nm。
實施例2 上述步驟三或步驟四，可以在Ag膜12表面直接沉積MoS^薄膜14，實現(xiàn)背反射復(fù) 合層為雙層復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)。其余步驟同實施例l。
實施例3 上述步驟五，可以用濺射金屬預(yù)置層后硒化/硫化法制備具有"V"型帶隙梯度分 布的銅銦鎵硒(Culn卜xGax(Sei—ySy)2，原子比0. 15《y《0. 3)吸收層15。在MoSe2薄膜14上， 濺射CuGa耙(Ga含量為22wt. % )禾P In革巴，制備出厚度為0. 12 y m 0. 4 y m的Cu-In-Ga 金屬預(yù)置層。然后采用固態(tài)硒源、固態(tài)硫源先后對金屬預(yù)置層進行硒化和硫化處理，制備 具有"V"型帶隙梯度分布的銅銦鎵硒(原子比0. 22《x《0. 35，0. 15《y《0. 3)薄膜。 在硒化和硫化處理過程中，襯底溫度為400°C 510°C。所制備的吸收層厚度為0. 3iim 1. 0 ii m。吸收層沉積結(jié)束后，對其進行原位蒸發(fā)NaF材料的熱處理，使得吸收層中Na原子 的含量保持在O. 1%左右。其余步驟同實施例l。
實施例4 上述步驟三或步驟四，背反射復(fù)合層為雙層復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)，即可以在Ag膜表面直 接沉積MoSe2薄膜。其余步驟同實施例3。
實施例5 圖2給出了具有陷光結(jié)構(gòu)的柔性襯底超薄銅銦鎵硒薄膜太陽電池的結(jié)構(gòu)示意圖； 該太陽電池的制造方法包括如下的步驟
8
步驟一、在清洗處理后的柔性襯底20上濺射沉積一層厚度為0. 5 m 1. 0 m的 Si02薄膜21，再在薄膜21上濺射沉積背電極Mo膜11，厚度為0. 5 ii m 1. 0 ii m ;
步驟二 步驟九、與實施例1的步驟二至步驟九相同。
實施例6 在實施例5所述的柔性襯底超薄銅銦鎵硒薄膜太陽電池中，背反射復(fù)合層為雙層 復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)，即在Ag膜12表面直接沉積MoSe2薄膜14。其余步驟同實施例5。
實施例7 在實施例5所述的柔性襯底超薄銅銦鎵硒薄膜太陽電池中，在沉積背電極前，在 柔性襯底上濺射沉積一層厚度為0. 5 ii m 1. 0 ii m的Si02薄膜。其余步驟同實施例3。
實施例8 在實施例5所述的柔性襯底超薄銅銦鎵硒薄膜太陽電池中，背反射復(fù)合層為雙層
復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)，即在Ag膜表面直接沉積MoSe2薄膜。其余步驟同實施例7。 上述兩種太陽電池中，玻璃襯底是厚度為2mm 3mm的普通鈉鈣玻璃，柔性襯底是
厚度為20 ii m 50 ii m的柔性材料(金屬不銹鋼箔、鈦箔、聚酰亞胺)。 背反射復(fù)合層，為雙層或三層復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)，由Ag薄膜/MoSe2薄膜、或者Ag薄膜
/透明導(dǎo)電氧化物薄膜/MoS^薄膜所組成，具有高光學(xué)反射率、低電阻率和薄膜間界面穩(wěn)定
的特性。 在吸收層材料中，自入射太陽光一側(cè)至背電極側(cè)具有"V"型帶隙梯度。
上述步驟七所述的透明窗口層是濺射沉積的透明導(dǎo)電氧化物薄膜，可以是氧化鋅 類薄膜(ZnO:Al、ZnO:B、ZnO:Ga、ZnO:Mg)或者氧化錫類薄膜(Sn02:F、 Sn02: In)。其特征在 于在襯底未有意加熱條件下，濺射得到厚度為0. 2 i！ m 0. 4 i！ m的透明導(dǎo)電薄膜。
上述步驟三所述的透明導(dǎo)電氧化物薄膜，是濺射沉積的氧化鋅類薄膜(Zn0:Al、 Zn0:B、Zn0:Ga、Zn0:Mg)或者氧化錫類薄膜(Sn02:F、Sn02: In)。其特征在于在襯底溫度為 150°C 25(TC的條件下，濺射得到厚度為0. 15 ii m 0. 25 ii m的透明導(dǎo)電薄膜。
權(quán)利要求
一種具有陷光結(jié)構(gòu)的玻璃襯底超薄銅銦鎵硒薄膜太陽電池的制造方法，其特征在于，該方法包括如下步驟步驟一、在清洗處理后的普通鈉鈣玻璃襯底[10]上，濺射沉積背電極Mo膜[11]，厚度為0.5μm～1.0μm；步驟二、在背電極[11]上濺射沉積具有絨度的Ag膜[12]，厚度為50nm～150nm，襯底溫度為150℃～300℃；步驟三、采用濺射法沉積透明導(dǎo)電ZnO:Al薄膜[13]，厚度為0.15μm～0.25μm，襯底溫度為150℃～250℃；步驟四、濺射沉積厚度為3nm～20nm的Mo膜，采用固態(tài)硒源硒化法對其硒化，形成厚度為5nm～25nm的MoSe2薄膜[14]；步驟五、利用共蒸發(fā)法沉積具有“V”型帶隙梯度分布的銅銦鎵硒(CuIn1-xGax(Se1-ySy)2，原子比y＝0)吸收層[15]，即在MoSe2薄膜[14]上先沉積寬帶隙銅銦鎵硒(原子比x＞0.7，y＝0)薄膜，厚度為0.05μm～0.12μm，再沉積窄帶隙銅銦鎵硒薄膜(原子比0.35≥x≥0.22，y＝0)，通過工藝參數(shù)調(diào)控，在吸收層中形成“V”型帶隙梯度分布；吸收層的厚度為0.3μm～1.0μm；吸收層薄膜制備過程中，襯底溫度控制在360℃～510℃；吸收層沉積結(jié)束后，對其進行原位蒸發(fā)適量NaF材料的熱處理，使得吸收層中Na原子的含量保持在0.1％；步驟六、用化學(xué)水浴法，在吸收層[15]上沉積Zn(S，O，OH)緩沖層[16]，厚度為30nm～70nm；步驟七、在襯底未有意加熱的條件下，濺射沉積透明窗口層SnO2:In薄膜[17]，厚度為0.2μm～0.4μm；步驟八、在透明窗口層[17]上蒸發(fā)沉積上電極Ni/Al復(fù)合薄膜[18]，厚度為2.5μm～3μm；步驟九、蒸發(fā)沉積減反射層MgF2薄膜[19]，厚度為100nm～130nm。
2. 如權(quán)利要求1所述的玻璃襯底超薄銅銦鎵硒薄膜太陽電池的制造方法，其特征在 于所述的步驟三或步驟四，可以在Ag膜[12]表面直接沉積MoSe2薄膜[14]，實現(xiàn)背反射 復(fù)合層為雙層復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)。
3. 如權(quán)利要求1所述的玻璃襯底超薄銅銦鎵硒薄膜太陽電池的制造方法，其特征在 于所述的步驟五，可以用濺射金屬預(yù)置層后硒化/硫化法制備具有"V"型帶隙梯度分布 的銅銦鎵硒(CuIn卜xGax(Sei—ySy)2，原子比0. 15《y《0. 3)吸收層[15]，即在MoSe2薄膜 [14]上，濺射CuGa靶(Ga含量為22wt. %)和In靶，制備出厚度為0. 12 y m 0. 4 y m的 Cu-In-Ga金屬預(yù)置層；然后采用固態(tài)硒源、固態(tài)硫源先后對金屬預(yù)置層進行硒化和硫化處 理，制備具有"V"型帶隙梯度分布的銅銦鎵硒(原子比0. 22《x《0. 35， 0. 15《y《0. 3) 薄膜；在硒化和硫化處理過程中，襯底溫度為400°C 510°C，所制備的吸收層厚度為 0. 3 ii m 1. 0 ii m ;吸收層沉積結(jié)束后，對其進行原位蒸發(fā)NaF材料的熱處理，使得吸收層中 Na原子的含量保持在0.1%。
4. 如權(quán)利要求1所述的玻璃襯底超薄銅銦鎵硒薄膜太陽電池的制造方法，其特征在 于所述的步驟三或步驟四，可以在Ag膜表面直接沉積MoSe2薄膜，實現(xiàn)背反射復(fù)合層為 雙層復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)；所述的步驟五，可以用濺射金屬預(yù)置層后硒化/硫化法制備具有"V"型帶隙梯度的銅銦鎵硒(CuIn卜xGax(Sei—&)2，原子比0. 15《y《0. 3)吸收層[15]，即在 MoSe2薄膜[14]上，濺射CuGa耙(Ga含量為22wt. % )和In耙，制備出厚度為0. 12iim 0. 4 m的Cu-In-Ga金屬預(yù)置層；然后采用固態(tài)硒源、固態(tài)硫源先后對金屬預(yù)置層進行 硒化和硫化處理，制備具有"V"型帶隙梯度分布的銅銦鎵硒(原子比0. 22《x《0. 35， 0. 15《y《0. 3)薄膜；在硒化和硫化處理過程中，襯底溫度為400°C 51(TC，所制備的吸 收層厚度為0. 3 m 1. 0 m ;吸收層沉積結(jié)束后，對其進行原位蒸發(fā)NaF材料的熱處理， 使得吸收層中Na原子的含量保持在0. 1 % 。
5. —種具有陷光結(jié)構(gòu)的柔性襯底超薄銅銦鎵硒薄膜太陽電池的制造方法，其特征在 于，該方法包括如下步驟步驟一、在清洗處理后的柔性襯底[20]上濺射沉積一層厚度為O. 5ym l.Oym的 Si02薄膜[21];再在薄膜[21]上濺射沉積背電極Mo膜[11]，厚度為0. 5 m 1. 0 m ;步驟二、在背電極[11]上濺射沉積具有絨度的Ag膜[12]，厚度為50nm 150nm，襯底 溫度為150°C 300°C ;步驟三、采用濺射法沉積透明導(dǎo)電ZnO:Al薄膜[13]，厚度為0. 15iim 0. 25iim，襯底 溫度為150°C 250°C ;步驟四、濺射沉積厚度為3nm 20nm的Mo膜，采用固態(tài)硒源硒化法對其硒化，形成厚 度為5nm 25nm的MoSe2薄膜[14];步驟五、利用共蒸發(fā)法沉積具有"V"型帶隙梯度分布的銅銦鎵硒(CuIn卜xGax(Sei—ySy)2， 原子比y = 0)吸收層[15]，即在MoSe2薄膜[14]上先沉積寬帶隙銅銦鎵硒(原子比x >0. 7， y = 0)薄膜，厚度為0.05iim 0. 12iim，再沉積窄帶隙銅銦鎵硒薄膜(原子比 0. 35 > x > 0. 22， y = 0)，通過工藝參數(shù)調(diào)控，在吸收層中形成"V"型帶隙梯度分布；吸收 層的厚度為0. 3 ii m 1. 0 ii m ;吸收層薄膜制備過程中，襯底溫度控制在360°C 51(TC;吸 收層沉積結(jié)束后，對其進行原位蒸發(fā)適量NaF材料的熱處理，使得吸收層中Na原子的含量 保持在O. 1% ;步驟六、用化學(xué)水浴法，在吸收層[15]上沉積Zn(S，0，0H)緩沖層[16]，厚度為30nm 70nm ;步驟七、在襯底未有意加熱的條件下，濺射沉積透明窗口層Sn02:In薄膜[17]，厚度為 0. 2iim 0. 4um;步驟八、在透明窗口層[17]上蒸發(fā)沉積上電極Ni/Al復(fù)合薄膜[18]，厚度為2.5ym 3 ii m ;步驟九、蒸發(fā)沉積減反射層MgF2薄膜[19]，厚度為100nm 130nm。
6. 如權(quán)利要求5所述的柔性襯底超薄銅銦鎵硒薄膜太陽電池的制造方法，其特征在 于所述的步驟三或步驟四，可以在Ag膜[12]表面直接沉積MoSe2薄膜[14]，實現(xiàn)背反射 復(fù)合層為雙層復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)。
7. 如權(quán)利要求5所述的柔性襯底超薄銅銦鎵硒薄膜太陽電池的制造方法，其特征在 于所述的步驟五，可以用濺射金屬預(yù)置層后硒化/硫化法制備具有"V"型帶隙梯度分布 的銅銦鎵硒(CuIn卜xGax(Sei—ySy)2，原子比0. 15《y《0. 3)吸收層[15]，即在MoSe2薄膜 [14]上，濺射CuGa靶(Ga含量為22wt. %)和In靶，制備出厚度為0. 12 y m 0. 4 y m的 Cu-In-Ga金屬預(yù)置層；然后采用固態(tài)硒源、固態(tài)硫源先后對金屬預(yù)置層進行硒化和硫化處理，制備具有"V"型帶隙梯度分布的銅銦鎵硒(原子比0. 22《x《0. 35， 0. 15《y《0. 3) 薄膜；在硒化和硫化處理過程中，襯底溫度為40(TC 51(rC，所制備的吸收層厚度為 0. 3 ii m 1. 0 ii m ;吸收層沉積結(jié)束后，對其進行原位蒸發(fā)NaF材料的熱處理，使得吸收層中 Na原子的含量保持在O. 1%。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項權(quán)利要求所述的超薄銅銦鎵硒薄膜太陽電池的制造方 法，其特征在于所述的玻璃襯底是厚度為2mm 3mm的普通鈉鈣玻璃；所述的柔性襯底是厚度為 20 ii m 50 ii m的金屬不銹鋼箔、鈦箔、聚酰亞胺柔性材料；所述的背反射復(fù)合層為雙層或 三層復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)，由Ag薄膜/MoSe2薄膜、或者Ag薄膜/透明導(dǎo)電氧化物薄膜/MoSe2薄 膜組成。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的超薄銅銦鎵硒薄膜太陽電池的制造方法，其特征在于所述 的吸收層材料中，自入射太陽光一側(cè)至背電極側(cè)具有"V"型帶隙梯度分布。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有陷光結(jié)構(gòu)的超薄銅銦鎵硒薄膜太陽電池的制備方法。包括在襯底上依次沉積背電極Mo膜[11]、Ag膜[12]，透明導(dǎo)電ZnO:Al薄膜[13]、MoSe2薄膜[14]、吸收層[15]、Zn(S，O，OH)緩沖層[16]、透明窗口層SnO2:In[17]、電極Ni/Al復(fù)合薄膜[18]和減反射層MgF2薄膜[19]，吸收層厚度為0.3μm～1μm。在電池吸收層[15]薄膜內(nèi)產(chǎn)生“V”型帶隙梯度分布，從而實現(xiàn)超薄銅銦鎵硒薄膜太陽電池的陷光結(jié)構(gòu)制備。應(yīng)用本發(fā)明，可減少吸收層薄化導(dǎo)致的光學(xué)與電學(xué)損失，提高了電池轉(zhuǎn)化效率。本發(fā)明取得了工藝簡單、材料成本低、無污染等有益效果。
文檔編號H01L31/18GK101752454SQ20081020403
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