一種可以提高銅銦鎵硒薄膜太陽能電池性能的氧等離子體背電極處理技術(shù)的制作方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明屬于太陽能電池領域，涉及到一種銅銦鎵砸薄膜太陽能電池器件。
【背景技術(shù)】
[0002]一切能量都來自于能源，人類的生活離不開能源。進入21世紀后，人類目前技術(shù)可開發(fā)的能源資源已將面臨嚴重不足的危機，特別是當今煤炭、石油和天然氣等礦石燃料資源日益枯竭，甚至只能維持幾十年。因此，必須尋找可持續(xù)的替代新能源。另外，煤炭、石油和天然氣等礦石燃料在使用過程中，還會帶來一系列的環(huán)境問題:全球性的溫室效應使得全球氣溫升高，海平面上升；空氣污染；干旱，荒漠化；廢氣、廢物、廢液大量排放，造成人類環(huán)境的嚴重污染。
[0003]所以尋找清潔的可再生新能源成為當前人類很迫切的任務。在現(xiàn)有的可再生新能源中，太陽能成為最受人們關注的清潔新能源。太陽能具有很多優(yōu)點，它隨處可得，數(shù)量巨大；取之不盡，用之不竭；既清潔又安全，無污染，又不會影響生態(tài)環(huán)境。所以，開發(fā)利用太陽能成為世界各國發(fā)展清潔新能源的戰(zhàn)略決策。
[0004]在現(xiàn)有的太陽能電池技術(shù)中，銅銦鎵砸(簡稱CIGS)薄膜太陽能電池具有光吸收能力強，穩(wěn)定性好、抗輻照性能好、效率高、成本低，可以做成柔性組件，最適合作為光伏建筑一體化(BIPV)使用等優(yōu)點，受到了人們關注，是一種很有發(fā)展?jié)摿Φ奶柲茈姵丶夹g(shù)。
[0005]現(xiàn)在CIGS薄膜太陽能電池的理論最高效率為33%，而現(xiàn)在實驗室可以做到的最高效率才達到20.8%，還有很大的提高空間。影響CIGS效率的一個重要的因素是載流子在界面的復合，會造成光生載流子的損失，為了進一步提高太陽能電池的效率，抑制載流子在界面的復合是一個努力的方向。另外人們發(fā)現(xiàn)，在CIGS吸收層中引入合適數(shù)量鈉(Na)元素可以明顯提高電池的性能，所以控制Na的含量，也是制備高效CIGS電池的關鍵技術(shù)。最后在CIGS吸收層制備過程中，背電極Mo層會與過量的砸反應生成砸化鉬，砸化鉬的厚度會影響器件性能，太薄或者太厚都不好，所以在CIGS太陽能電池制備過程中，如何控制砸化鉬的厚度也是一個關鍵技術(shù)。
[0006]本發(fā)明提出了一種新的技術(shù)，就是在制備CIGS吸收層之前，通過氧等離子體處理背電極鉬(Mo)，在背電極鉬(Mo)的表面生成一層薄的氧化鉬，這層氧化鉬既可以鈍化金屬背電極Mo與CIGS層的界面，抑制載流子在此界面的復合，還可以調(diào)節(jié)Na元素的擴散濃度，從而提高CIGS太陽能電池的效率。另外還可以通過控制氧化鉬的厚度來調(diào)節(jié)砸化鉬的厚度，達到最優(yōu)的CIGS太陽能電池性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種的方法來抑制載流子在CIGS層和背電極Mo層界面的復合，同時可以調(diào)節(jié)Na元素在CIGS吸收層的擴散濃度，調(diào)節(jié)砸化鉬層的厚度，從而提高CIGS太陽能電池的效率。為了對本發(fā)明的技術(shù)做更好的說明，本文中采用常用的CIGS太陽能電池器件結(jié)構(gòu)作為例證(如附圖1所示)。器件結(jié)構(gòu)包括:
[0008]一襯底(I);襯底可以是玻璃，也可以是柔性襯底如不銹鋼或者塑料，用于承托CIGS器件。
[0009]一背電極(2)，常用金屬鉬(Mo)作為背電極濺射沉積在玻璃襯底(I)上，可以作為正極導出空穴。
[0010]—吸收層(3)，CIGS吸收層一般沉積在背電極上，用于吸收入射太陽光。
[0011]一緩沖層(4)，常用硫化鎘(CdS)作為緩沖層(4)制作在吸收層(3)上，它既可以和P型的CIGS層形成pn結(jié)，有可以作為CIGS層與ZnO層的過渡層，能夠緩沖晶格失配和能帶臺階。
[0012]一透明電極(5)，常用高阻氧化鋅(IZO)和摻鋁氧化鋅(AZO)作為透明電極(5)制作在緩沖層(4)上，既可以透過太陽光，又可以收集傳輸電子，作為太陽能電池的負極。
[0013]一金屬柵極￠)，常用鎳鋁(Ni/Al)電極沉積在AZO層上面，可以更有效的收集電子并把電子導出。在實際應用中，大面積的CIGS電池組件產(chǎn)品是不需要金屬柵極(6)的，而是用激光刻劃的辦法在電池組件內(nèi)部進行串聯(lián)或者并聯(lián)，組件表面是看不到金屬電極的，這樣的組件相比晶硅組件美觀大方，更適用于光伏建筑一體化。
[0014]本發(fā)明的主要技術(shù)特點就是在濺射沉積背電極Mo層(2)之后，用氧等離子體對Mo層進行處理，在處理的過程中在背電極的表面生成一層氧化鉬，氧化鉬的厚度范圍在5-200nm，可以通過等離子體的功率來控制，這層氧化鉬的作用在于:
[0015]1.相當于在背電極和吸收層CIGS之間引入鈍化層，鈍化二者界面，從而降低載流子在該界面的復合，提高CIGS太陽能電池性能。
[0016]2.在背電極Mo和CIGS吸收層界面的氧元素，可以提高Na元素在電極Mo和CIGS吸收層界面的積累量，從而提高Na元素到CIGS吸收層的擴散能力，提高CIGS太陽能電池性能。
[0017]3.通過控制氧等離子體的功率，可以控制氧化鉬層的厚度，進而控制CIGS吸收層制備過程中砸化鉬的厚度，得到最優(yōu)的砸化鉬層厚度，提高CIGS太陽能電池性能。
[0018]綜上所述，在制備CIGS吸收層之前，使用氧等離子體處理背電極Mo層表面，可以有效提高CIGS太陽能電池的性能。
【附圖說明】
[0019]為進一步說明本發(fā)明的內(nèi)容以及特點，以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作詳細的描述，并給出具體的實施例證。其中圖1是CIGS薄膜太陽能電池的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0020]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案以及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體的實施例證進行具體說明。
[0021]1.將鈉鈣玻璃襯底在清洗劑中反復清洗，然后再經(jīng)過去離子水，丙酮和異丙醇溶液浸泡并超聲各10-30分鐘，最后在烘箱里烘干
[0022]2.將清洗好的玻璃襯底放入真空腔室中濺射襯底金屬Mo層作為背電極。濺射時工作氣壓為5mtorr，濺射功率密度l_8W/cm2。
[0023]3.背電極Mo層濺射沉積之后，用氧等離子體處理Mo層表面，氧等離子體的功率密度為 l-10ff/cm2o
[0024]4.制備CIGS吸收層(可以采用濺射后砸化，多元共蒸，電鍍，溶液法等技術(shù)均可
[0025]5.利用水浴法制備緩沖層。把樣品浸入到混合有1-2.5M的氨水，0.001-0.0lM的硫酸鎘，0.05-0.5M的硫脲溶液中，再將盛有溶液的容器放入水浴槽加熱，調(diào)整加熱溫度和加熱時間可以控制硫化鎘層的厚度。
[0026]6.濺射沉積透明電極高阻氧化鋅(IZO)和摻鋁氧化鋅(AZO)。濺射時工作氣壓為1-1Omtorr，派射功率密度 l_5W/cm2。
[0027]7.熱蒸發(fā)沉積Ni/Al柵極。
[0028]實驗證明，采用本發(fā)明提出的技術(shù)所制備的CIGS太陽能電池，相比沒有采用本技術(shù)制備的CIGS太陽能電池的開路電壓，填充因子，和光電轉(zhuǎn)換效率都得到了提高。
[0029]以上所述的具體施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和積極的效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的原則之內(nèi)所做的任何修和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。特別是除了本發(fā)明中所述用氧等離子體處理的辦法在背電極Mo層和CIGS吸收層之間插入上述氧化鉬層，也可以通過采用磁控濺射，熱蒸鍍，在氧氣或者空氣中熱退火等等辦法得到，凡是在背電極Mo層和CIGS吸收層之間插入氧化鉬層以提高CIGS太陽能電池性能的技術(shù)，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.本專利涉及一種新的技術(shù)，即在銅銦鎵砸(CIGS)薄膜太陽能電池制備過程中，在制備CIGS吸收層之前，用氧等離子體處理背電極Mo層表面，這樣可以在背電極Mo和CIGS吸收層界面，插入一層氧化鉬，這層氧化鉬可以鈍化背電極Mo與CIGS吸收層的界面，抑制載流子在該界面的復合；可以提高Na元素在CIGS吸收層中的擴散濃度；可以幫助控制在CIGS吸收層制備過程中生成的砸化鉬層的厚度，從而提高CIGS器件的性能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種方法來提高CIGS薄膜太陽能電池的性能，其特征在于，在制備CIGS吸收層之前，用氧等離子體處理背電極Mo層表面，這樣在背電極Mo和CIGS吸收層界面，得到一層氧化鉬。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種方法來提高CIGS薄膜太陽能電池的性能，其特征在于，在背電極Mo和CIGS吸收層界面插入的氧化鉬層，可以鈍化背電極Mo與CIGS吸收層的界面，抑制載流子在該界面的復合；可以提高Na元素在CIGS吸收層中的擴散濃度；可以幫助控制在CIGS吸收層制備過程中生成的砸化鉬層的厚度，從而提高CIGS器件的性能。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種方法來提高CIGS薄膜太陽能電池的性能，其特征在于，在背電極Mo和CIGS吸收層界面插入氧化鉬層以提高CIGS太陽能電池的性能，該氧化鉬層的厚度在5-200nm之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種方法來提高CIGS薄膜太陽能電池的性能，其特征在于，在背電極Mo和CIGS吸收層界面插入的氧化鉬層，除了權(quán)利要求1中所述用氧等離子體處理的辦法插入上述氧化鉬層，還可以采用磁控濺射，熱蒸鍍，在氧氣或者空氣中熱退火等等辦法得到，凡是在背電極Mo層和CIGS吸收層之間插入氧化鉬層以提高CIGS太陽能電池性能的技術(shù)，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【專利摘要】銅銦鎵硒(簡稱CIGS)薄膜太陽能電池由于其諸多優(yōu)點，成為最有發(fā)展?jié)摿Φ奶柲茈姵丶夹g(shù)。本發(fā)明提出一種技術(shù)：在CIGS太陽能電池制備過程中，在沉積CIGS吸收層之前，用氧等離子體處理背電極Mo層表面，在背電極Mo和CIGS吸收層界面，得到一層氧化鉬，這層氧化鉬可以鈍化背電極Mo與CIGS吸收層的界面，抑制載流子在該界面的復合；可以提高Na元素在CIGS吸收層中的擴散濃度；可以幫助控制在CIGS吸收層制備過程中生成的硒化鉬層的厚度，從而提高CIGS器件的性能。實踐證明，使用本技術(shù)制備得到的CIGS太陽能電池，相比沒有使用本技術(shù)制備的CIGS太陽能電池，其性能得到提高。
【IPC分類】H01L31-18, H01L31-0216, H01L31-0224
【公開號】CN104681642
【申請?zhí)枴緾N201410566436
【發(fā)明人】劉德昂, 謝承智, 錢磊
【申請人】蘇州瑞晟納米科技有限公司
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2014年10月22日