Cigs基薄膜太陽能電池及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及薄膜太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種CIGS基薄膜太陽能電池及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著全球氣候變暖、生態(tài)環(huán)境惡化和常規(guī)能源的短缺，越來越多的國家開始大力發(fā)展太陽能利用技術(shù)。太陽能光伏發(fā)電是零排放的清潔能源，具有安全可靠、無噪音、無污染、資源取之不盡、建設(shè)周期短、使用壽命長等優(yōu)勢，因而備受關(guān)注。銅銦鎵砸(CIGS)是一種直接帶隙的P型半導(dǎo)體材料，其吸收系數(shù)高達(dá)105/cm，2um厚的銅銦鎵砸薄膜就可吸收90%以上的太陽光。CIGS薄膜的帶隙從1.04eV到1.67eV范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，可實(shí)現(xiàn)與太陽光譜的最佳匹配。銅銦鎵砸薄膜太陽電池作為新一代的薄膜電池具有成本低、性能穩(wěn)定、抗輻射能力強(qiáng)、弱光也能發(fā)電等優(yōu)點(diǎn)，其轉(zhuǎn)換效率在薄膜太陽能電池中是最高的，已超過20%的轉(zhuǎn)化率，因此日本、德國、美國等國家都投入巨資進(jìn)行研究和產(chǎn)業(yè)化。
[0003]目前的CIGS基薄膜太陽能電池的結(jié)構(gòu)為:基板/鉬電極層/CIGS光吸收層/硫化鎘/氧化鋅/AZO膜層，將這種CIGS基薄膜太陽能電池層壓制成太陽能電池模塊，在層壓的太陽能電池模塊中會由于老化引起的串聯(lián)電阻的連續(xù)增加，串聯(lián)電阻的增加會導(dǎo)致太陽能電池模塊的效率的下降。
[0004]太陽能電池層壓用的粘結(jié)層材料通常選用乙烯醋酸乙烯酯(EVA)、聚乙烯醇縮丁醛(PVB)、聚乙烯(PE)、聚乙烯丙烯共聚物或聚丙烯酰胺(PA)，這些粘結(jié)層材料中都含有少量的水分。近年來越來越多的選用PVB作為粘結(jié)層材料。從層壓后的太陽能電池模塊的結(jié)構(gòu)可知，薄膜太陽能電池中的AZO膜層直接與粘結(jié)層接觸，由于粘結(jié)層中含有少量的水分，薄膜太陽能電池模塊在使用過程中，粘結(jié)層中的水分子將會擴(kuò)散進(jìn)入到薄膜太陽能電池的內(nèi)部，從而造成薄膜太陽能電池性能的下降。
[0005]傳統(tǒng)的CIGS基薄膜太陽能電池的頂層為AZO透明導(dǎo)電膜層，該AZO膜層的材料折射率相對于玻璃基板和空氣的折射率來說，還是比較高的，這就會使入射光到達(dá)AZO膜層表面時(shí)會有較多的光被反射回去，即不能有更多的光被吸收層吸收，這會使得薄膜太陽能電池的短路電流較小。如圖1所示，傳統(tǒng)的CIGS基薄膜太陽能電池模塊的透明導(dǎo)電層(SP前電極層)與PVB或EVA等粘結(jié)材料直接接觸，這會使粘結(jié)材料中的水分子擴(kuò)散進(jìn)入薄膜太陽能電池內(nèi)部，將會導(dǎo)致薄膜太陽能電池效率的下降。
[0006]現(xiàn)有的制備工藝:在一襯底為鈉鈣玻璃上采用磁控濺射沉積550nm的金屬鉬電極層；接著使用激光進(jìn)行Pl刻劃；接著在鉬電極層上形成2.0um厚的具有黃銅礦結(jié)構(gòu)的銅銦鎵二砸光吸收層；接著在光吸收層上采用化學(xué)浴(CBD)方法沉積40nm的CdS膜層作為緩沖層；在緩沖層上采用磁控濺射沉積50nm的本征ZnO膜層；接著使用刻針進(jìn)行P2刻劃；接著在本征ZnO膜層上采用磁控濺射沉積600nm的AZO膜層；接著使用刻針進(jìn)行P3刻劃；接著采用PVB作為粘結(jié)材料，將薄膜太陽能電池與另一片干凈的超白鈉鈣玻璃，通過層壓工藝使其形成薄膜太陽能電池模塊。通過測試，薄膜太陽能電池的短路電流為27.7mA/cm2 ;薄膜太陽能電池模塊的效率減小了大約25%。
[0007]中國專利CN101527332A公開了一種CIGS基薄膜太陽能電池，該太陽能電池的結(jié)構(gòu)為:GlaSS/Mo/CIGS/nCdS/nZnO/n+ZnO:Al，該薄膜太陽能電池可獲得較高的光電轉(zhuǎn)換效率，但是若將該薄膜太陽能電池經(jīng)過層壓工藝制作成太陽能電池模塊后，其光電轉(zhuǎn)換效率將會下降。其原因是層壓常使用PVB、EVA等作為粘結(jié)層材料，這些粘結(jié)層材料中含有一定量的水分，層壓后這些水分子將擴(kuò)散進(jìn)入到薄膜太陽能電池的內(nèi)部，導(dǎo)致薄膜太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率的下降。
[0008]從上述的現(xiàn)有制備工藝制得的薄膜電池可見其效率較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明是為了解決上述問題而完成的，其目的在于既能阻擋粘結(jié)層中的水分子擴(kuò)散進(jìn)入薄膜太陽能電池的內(nèi)部，又能使更多的入射光進(jìn)入到薄膜電池內(nèi)部被光吸收層吸收，從而提高CIGS基薄膜太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率。
[0010]為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明提供了一種CIGS基薄膜太陽能電池，其特征在于:包括，襯底，覆蓋襯底表面的背電極層，覆蓋背電極層的光吸收層，覆蓋光吸收層的緩沖層，覆蓋緩沖層的透明導(dǎo)電層，覆蓋透明導(dǎo)電層的防護(hù)層，所述防護(hù)層為氮氧化鋁硅膜層或由氧化鋅硅膜層與氮氧化硅膜層交替組成的復(fù)合膜層。
[0011]進(jìn)一步的，所述防護(hù)層為氮氧化鋁硅膜層；所述氮氧化鋁硅膜層在厚度方向上的含氮元素濃度由靠近透明導(dǎo)電層的一側(cè)向另一側(cè)呈階梯式降低；所述氮氧化鋁硅膜層中的硅與鋁的原子比不小于4:1。
[0012]進(jìn)一步的，所述的氮氧化鋁硅膜層的厚度為20-200nm。所述光吸收層為銅銦鎵砸膜層、銅銦鎵砸硫膜層、銅銦鎵硫膜層、銅銦鎵鋁砸膜層、銅銦鎵鋁砸硫膜層、銅銦鎵鋁硫膜層、銅銦砸膜層、銅銦砸硫膜層、銅銦硫膜層或它們的組合；所述光吸收層中含有堿元素，所述光吸收層中還可含有銻和/或鉍元素。
[0013]進(jìn)一步的，在緩沖層與透明導(dǎo)電層之間插入一層具有高電阻率的氧化鋅膜層，所述具有高電阻率的氧化鋅膜層選自本征氧化鋅膜層、具有電阻率為0.08 Ω cm至95 Ω cm的摻雜氧化鋅膜層或它們的組合。
[0014]進(jìn)一步的，本發(fā)明還提供了另一種CIGS基薄膜太陽能電池，所述防護(hù)層為至少兩層的復(fù)合膜層，所述復(fù)合膜層由至少一層的氧化鋅硅膜層與至少一層的氮氧化硅膜層交替組成；所述氧化鋅硅膜層中的鋅與硅的原子比不小于1:1 ;所述氮氧化硅膜層中的氮與氧的原子比不大于1:1。
[0015]進(jìn)一步的，所述的復(fù)合膜層的厚度為20-200nm。所述的復(fù)合膜層中可含有少量的鋁元素。所述光吸收層為銅銦鎵砸膜層、銅銦鎵砸硫膜層、銅銦鎵硫膜層、銅銦鎵鋁砸膜層、銅銦鎵鋁砸硫膜層、銅銦鎵鋁硫膜層、銅銦砸膜層、銅銦砸硫膜層、銅銦硫膜層或它們的組合；所述光吸收層中含有堿元素，所述光吸收層中還可含有銻和/或鉍元素。
[0016]進(jìn)一步的，在緩沖層與透明導(dǎo)電層之間插入一層具有高電阻率的氧化鋅膜層，所述具有高電阻率的氧化鋅膜層選自本征氧化鋅膜層、具有電阻率為0.08 Ω cm至95 Ω cm的摻雜氧化鋅膜層或它們的組合。
[0017]本發(fā)明提供了一種CIGS基薄膜太陽能電池的制作方法，包括，在一襯底表面沉積背電極層，接著進(jìn)行Pi刻劃，接著形成光吸收層覆蓋背電極層，接著沉積緩沖層覆蓋光吸收層，接著沉積本征氧化鋅膜層覆蓋緩沖層，接著進(jìn)行P2刻劃，接著沉積透明導(dǎo)電層覆蓋本征氧化鋅膜層，接著進(jìn)行P3刻劃，接著沉積氮氧化鋁硅膜層或沉積由氧化鋅硅膜層與氮氧化硅膜層交替組成的復(fù)合膜層覆蓋透明導(dǎo)電層。所述P3刻劃步驟也可在沉積完氮氧化鋁硅膜層或沉積完由氧化鋅硅膜層與氮氧化硅膜層交替組成的復(fù)合膜層后進(jìn)行。
[0018]進(jìn)一步的，所述Pl刻劃是指通過使用激光對沉積有背電極層的基板進(jìn)行刻劃，使通過以細(xì)線形式去除背電極層的一部分來進(jìn)行構(gòu)圖(形成圖案I)的第一構(gòu)圖步驟；所述P2刻劃是指通過使用刻針或激光對沉積完緩沖層的基板進(jìn)行刻劃，通過以第一構(gòu)圖步驟中形成的圖案為參考位置偏移規(guī)定量，以細(xì)線形式去除本征氧化鋅膜層、緩沖層和光吸收層的一部分來進(jìn)行構(gòu)圖(形成圖案2)的第二構(gòu)圖步驟；所述P3刻劃是指通過使用刻針或激光對沉積完透明導(dǎo)電層的基板進(jìn)行刻劃，通過以第一構(gòu)圖步驟或第二構(gòu)圖步驟中形成的圖案為參考位置偏移規(guī)定量，以細(xì)線形式去除光吸收層、緩沖層、本征氧化鋅膜層和透明導(dǎo)電層的一部分來進(jìn)行構(gòu)圖(形成圖案3)的第三構(gòu)圖步驟。
[0019]進(jìn)一步的，所述的氮氧化鋁硅膜層、由氧化鋅硅膜層與氮氧化硅膜層交替組成的復(fù)合膜層都是采用磁控濺射方法沉積或真空蒸鍍方法沉積。
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