一種銅銦硫基薄膜太陽(yáng)能電池的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種銅銦硫基薄膜太陽(yáng)能電池的制備方法，屬于太陽(yáng)能電池制造工藝技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，半導(dǎo)體納米晶具有不連續(xù)的能帶結(jié)構(gòu)和多激子的特性，在成本方面薄膜太陽(yáng)能電池比晶體硅太陽(yáng)能電池具有成本優(yōu)勢(shì)，其中，薄膜太陽(yáng)能電池以半導(dǎo)體薄膜為光吸收層，原料的消耗少、價(jià)格低，利于降低成本，因此薄膜太陽(yáng)能電池成為主要研發(fā)方向。CuInS2屬于1-1I1-VI系三元化合物，其禁帶寬度在1.3-1.7ev之間，接近太陽(yáng)能電池的理論最佳禁帶寬度，且禁帶寬度對(duì)溫度的變化不敏感，光吸收系數(shù)達(dá)lOYm—1。另外，它的穩(wěn)定性高，戶(hù)外光照7年無(wú)明顯變化，抗輻射能力強(qiáng)，適合于用作空間飛行器的電池材料。當(dāng)CuInS2化合物成分偏離化學(xué)劑量比時(shí)就會(huì)產(chǎn)生點(diǎn)缺陷，如空位、間隙和位錯(cuò)的種類(lèi)達(dá)12種，這些點(diǎn)缺陷會(huì)在禁帶中產(chǎn)生新能級(jí)。另外，CuInS2允許成分偏離化學(xué)計(jì)量比范圍較寬，其中，單結(jié)Cu InS2同質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池的理論轉(zhuǎn)換效率最高可達(dá)3 2%。
[0003]目前，現(xiàn)有的CuInS2薄膜太陽(yáng)電池的構(gòu)成包括CuInS2、CdS、ZnO，其結(jié)構(gòu)依次為:CuInS2/CdS/ZnO，或者其構(gòu)成包括 &111^2、(:111、2110，其結(jié)構(gòu)依次為:(:1111132/(:111/2110。由于不同層之間的接觸電阻較大，導(dǎo)致各個(gè)層之間的串聯(lián)電阻增大，影響太陽(yáng)能電池的光吸收效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種銅銦硫基薄膜太陽(yáng)能電池的制備方法，該方法制備的太陽(yáng)電池內(nèi)的串聯(lián)電阻小，能提高電池的吸收效率。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種銅銦硫基薄膜太陽(yáng)能電池的制備方法，所述薄膜太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)自下至上依次為:襯底/T1-TiN-Mo 背電極/Cm—xNaxInS2/CuInS2/CUl—xAgxInS2 吸收層/CcU—xZnxS 阻擋層/1-ZnO/Al: ZnO窗口層/Al (Ni)前電極，該方法具有以下工藝步驟:
(1).襯底清洗及預(yù)處理:依次采用丙酮、乙醇和去離子水對(duì)襯底各超聲清洗15min，再采用Ar等離子體對(duì)襯底進(jìn)行刻蝕；
(2).在襯底上制備Ti/TiN/Mo背電極:采用磁控濺射法在襯底上依次制備Ti/TiN/Mo背電極的底層Ti薄膜、TiN薄膜、Mo薄膜，制成Ti/TiN/Mo背電極；
(3).在Ti/TiN/Mo 背電極上制備 Cm—xNaxInS2/CuInS2/CUl—xAgxInS2 吸收層:
首先使用布里奇曼法分別制備Cu1-XNaxInS2XuInS2和Cm-xAgxInS2多晶硅錠，粉碎后，分別稱(chēng)取Ig放入鎢舟中作蒸發(fā)源;接著采用常規(guī)真空熱蒸發(fā)法在Ti/TiN/Mo背電極上依次淀積Cui—xNaxInS2薄膜、CuInS2薄膜，其中，Cui—xNaxInS2薄膜厚度為50_100nm，CuInS2薄膜厚度為2-3um，然后將淀積后的CUl-xNaxInS2/CuInS2薄膜放入在含硫氣氛下的退火設(shè)備中進(jìn)行退火，形成Cui—xNaxInS2/CuInS2復(fù)合薄膜，采用溴甲醇溶液對(duì)Cui—xNaxInS2/CuInS2復(fù)合薄膜腐蝕；采用常規(guī)真空熱蒸發(fā)法在腐蝕后的CUl-xNaxInS2/CuInS2復(fù)合薄膜上沉積Cu1-xAgxInS2薄膜層，然后將淀積后的Cui—xNaxInS2/CuInS2/Cui—xAgxInS2放入退火設(shè)備中進(jìn)行退火，再采用溴甲醇溶液腐蝕，形成Cui—xNaxInS2/CuInS2/Cui—xAgxInS2吸收層；
(4).在吸收層上制備CcU-xZnxS阻擋層:以醋酸鎘，醋酸鋅，醋酸銨和氨水溶液為原料，采用化學(xué)沉積法在Cm—xNaxInS2/CuInS2/Cm—xAgxInS2吸收層上沉積Cd1-xZnxS薄膜作為阻擋層；
(5).在Cd1-xZnxS阻擋層上依次淀積1-ZnO薄膜、Al:ZnO薄膜，制成1-ZnO/ΑΙ:ZnO窗口層:采用磁控派射法在阻擋層上依次淀積1-ZnO薄膜、Al: ZnO薄膜，形成1-ZnO/ΑΙ: ZnO窗口層，其中，1-ZnO薄膜厚度為10-50nm，Al:Zn0薄膜厚度為500-700nm;
(6).在1-ZnO/ΑΙ:ZnO窗口層上制備前電極:采用真空熱蒸法在i_Zn0/Al: ZnO窗口層上蒸鍍Al(Ni)前電極，再放入真空退火設(shè)備中進(jìn)行真空退火，退火溫度300?450°C，退火時(shí)間60?120分鐘，最終獲得銅銦硫基薄膜太陽(yáng)能電池。
[0006]與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明具有如下突出的優(yōu)點(diǎn):
1.本發(fā)明的方法制備的銅銦硫基薄膜太陽(yáng)能電池，由于該電池的背電極的與玻璃襯底及吸收層薄膜之間粘接的粘附性強(qiáng)，不易剝落，能提高了電學(xué)連接的穩(wěn)定性和器件的可靠性，而且各層之間的串聯(lián)電阻小，能提尚光電能量轉(zhuǎn)換效率。
[0007]2.本發(fā)明的方法制備的銅銦硫基薄膜太陽(yáng)能電池中，采用溴甲醇溶液去除Cm-xNaxInS2/CuInS2/Cm—xAgxInS2復(fù)合薄膜表面的CuxS相和AgxS相，甲醇溶液取代了有毒的氰化物腐蝕劑，優(yōu)化了生產(chǎn)環(huán)境，而且復(fù)合薄膜表面更加致密，光吸收效率更高。
【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0009]圖2(a)是本發(fā)明的方法在真空蒸鍍時(shí)，襯底傾斜角為0°的CuInS2的SEM圖譜。
[0010]圖2(b)是本發(fā)明的方法在真空蒸鍍中，襯底傾斜角為40°的CuInS2的SEM圖譜。
[0011]圖2(c)是本發(fā)明的方法在真空蒸鍍中，襯底傾斜角為60°的CuInS2的SEM圖譜。
[0012]圖3(a)是未經(jīng)退火處理，襯底傾斜角度分別為0°、40°和60°的CuInS2薄膜的Raman圖譜。
[0013]圖3(b)是經(jīng)400°C溫度退火處理后，襯底傾斜角度分別為0°、40°和60°的CuInS2薄膜的Raman圖譜。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖1對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0015]如圖1所示，一種銅銦硫基薄膜太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)，I為襯底，2為T(mén)i/TiN/Mo背電極，3為Cm—xNaxInS2/CuInS2/Cm—xAgxInS2吸收層，4為Cd1-xZnxS阻擋層，5為1-ZnO/Al: ZnO窗 P 層，6為Al(Ni)前電極。
[0016]本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，一種多層級(jí)聯(lián)銅銦硫基太陽(yáng)能電池的制備方法，該方法具有以下工藝步驟:
(I).襯底I清洗及預(yù)處理:選用玻璃片作為襯底，將襯底切割為1.5cm X 2cm;依次采用去丙酮、乙醇和離子水對(duì)襯底各超聲清洗15min，再采用高純氮?dú)獯蹈?，然后采用Ar等離子體對(duì)襯底進(jìn)行刻蝕清洗，Ar等離子設(shè)備電壓為720V、電流為25mA，刻蝕時(shí)間為30min。
[0017](2).在襯底上I上制備Ti/TiN/Mo背電極2:首先啟動(dòng)磁控濺射設(shè)備，安裝靶材為T(mén)i靶，濺射氣壓為0.5pa、直流濺射功率為160W，濺射時(shí)間15min，在襯底上I上形成底層Ti薄膜;然后更換靶材為T(mén)iN靶，調(diào)整襯底I傾斜角為45°，濺射氣壓為0.5pa、直流濺射功率為160W，濺射時(shí)間1min濺射，在Ti薄膜形成TiN薄膜；最后更換靶材為Mo靶，濺射氣壓為0.5Pa，濺射功率60W，濺射時(shí)間1min在TiN薄膜形成Mo薄膜，制備成Ti/TiN/Mo背電極2;
(3).在 Ti/TiN/Mo 背電極 2 上制備 Cm—xNaxInS2/CuInS2/Cm—xAgxInS2 吸收層 3:
(3-1).通過(guò)布里奇曼法分別依次制備Cu1-xNaxInS2、CuInS2、Cu1-xAgxInS銅銦硫粉未，分別依次稱(chēng)取重量為Ig的CmiNaxInS2、CuInS2、Cm-xAgxInS2銅銦硫粉未作為蒸發(fā)源放入真空蒸鍍?cè)O(shè)備中的鎢舟中，所述的真空蒸鍍?cè)O(shè)備，工作氣壓為3X10—6Torr,