CN100383982C - 一种多吸收层太阳能电池及制造方法 - Google Patents

一种多吸收层太阳能电池及制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN100383982C
CN100383982C CNB2004100480664A CN200410048066A CN100383982C CN 100383982 C CN100383982 C CN 100383982C CN B2004100480664 A CNB2004100480664 A CN B2004100480664A CN 200410048066 A CN200410048066 A CN 200410048066A CN 100383982 C CN100383982 C CN 100383982C
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
film
target
cigs
substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CNB2004100480664A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1585140A (zh
Inventor
王东生
黄开盛
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to CNB2004100480664A priority Critical patent/CN100383982C/zh
Publication of CN1585140A publication Critical patent/CN1585140A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100383982C publication Critical patent/CN100383982C/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/544—Solar cells from Group III-V materials
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

一种多吸收层太阳能电池及其制造方法，其发明特点主要包括一个用高反射率的铝或银作电极材料制成的光反射电极、二个铜铟镓硒(CIGS)薄膜吸收层和二个在铜铟镓硒(CIGS)薄膜内形成的同质P-N结。由于电池采用了光反射电极，电池的光吸收效率得到提高，并且由于P-N结是在同质的铜铟镓硒(CIGS)薄膜内形成，具有较少的缺陷及良好的稳定性；电池内部在层叠方向上具有二个或二个以上P-N型结构，相当于多个电池串联起来，使电池更有效地吸收光能，提高了电池的开路电压，节省了空间，使电池的转换效率得到了提高。

Description

一种多吸收层太阳能电池及制造方法
技术领域
本发明属于光电材料新能源技术领域，尤其是涉及太阳能电池薄膜吸收层的结构及制备方法。
技术背景
由于铜铟硒(CIS)或铜铟镓硒(CIGS)薄膜材料具备十分优异的光伏特性，多年以来出现了多种以CIS或CIGS薄膜材料为基础的同质结和异质结太阳能电池，主要有n-CulnSe2/p-CulnSe2、(InCd)S2/CulnSe2、CdS/CulnSe2、ITO/CulnSe：、GaAs /CulnSe2、ZnO/CulnSe2等，经过多年的研究，CIGS太阳能电池发展了不同的结构，主要差别在于窗口材料的选择，如专利US3978510、US4465575采用了CdS作为窗口层，US4335266采用电阻率不同的两层CdS作为窗口层；而后以CdZnS代替CdS作为窗口层，如专利US4611091，进一步的研究发明了如专利WO97/22152报道的以ZnO作为窗口层的太阳能电池，如专利CN12300031A报道的电池结构，清华大学申请号为02104073.7的专利使用ZnS作为窗口层，从所述的专利情况来看，现有的太阳能电池只有一层吸收层，对入射光及反射光吸收有限。
CIS或CIGS材料的电学性质(电阻率、导电类型、载流子浓度、迁移率)主要取决于材料的元素组份比，以及由于偏离化学计量比而引起的固有缺陷(如空位、填隙原子、替位原子)，此外还与非本征掺杂和晶界有关。提高CIGS电池性能的主要障碍，在于吸收层CIS或CIGS薄膜，吸收层对电池性能起着决定性作用。因为铜铟镓硒电池是多元化合物半导体器件，具有复杂的多层结构和敏感的元素配比，其原子及晶格匹配往往依赖于制作过程中对主要半导体工艺参数的有效控制，电池性能对材料结构缺陷过于敏感，工艺重复性差，致使CIS或CIGS电池的良品率偏低。
P-N结的质量对能量转换效率也有很大的影响，以往的CIGS太阳能电池，如US3978510、US4465575、US4611091、CN02104073.7等，P-N结是在P型的铜铟镓硒薄膜层与N型金属化合物(如CdS、ZnS等)缓冲层之间的接触介面形成，为异质结，很难做出良好的、工艺重复性好的P-N结。
另一个问题，以往的铜铟镓硒(CIGS)太阳能电池，对光的吸收利用率不高，如光从外界进入到达铜铟镓硒(CIGS)薄膜吸收层，依次经过透明导电薄膜层、窗层、缓冲层、最后才通过P-N结到达铜铟镓硒(CIGS)薄膜吸收层，这当中，受各层的光透过率等因素的影响，部分光能被以上各层反射、散射回外界，或被衰减变成热，(由于铜铟镓硒吸收层很薄)还有部分光穿透铜铟镓硒(CIGS)薄膜吸收层没被吸收而损耗掉，加上P-N结存在的缺陷，真正能让铜铟镓硒(CIGS)薄膜吸收层吸收并最终转变为电能的光能已很少。
例如，假设入射光的能量为1，透明导电薄膜层的光透过率为80％～93％(计算时选取85％)；窗层的光透过率也为80％～93％(计算时选取85％)；缓冲层的光透过率为50％～70％(计算时选取60％)。则到达铜铟镓硒(CIGS)薄膜吸收层上的光能N＝0.85×0.85×0.6＝0.43，即(忽略透过光损失时)真正到达吸收层的光能只有入射光能的0.43，如考虑透过光的光能损失，真正为吸收层所吸收的光能就更少。
以往的太阳能电池的背电极一般采用钼，如专利US3978510、US4465575及US4335266，或者钼铜合金(Mu-Cu)，如CN02104073.7，其电学性能、光学性能相比起金属银或铝来说还是有一定差距。
发明内容
本发明提供一种新型太阳能电池及其制备方法，在不增加铜铟镓硒(CIGS)薄膜吸收层总厚度(以往电池的吸收层厚度为1～4um)的前题下，把电池的铜铟镓硒(CIGS)薄膜吸收层设计成多层，提高电池的光能利用率的同时解决了以往电池中异质结造成的缺陷多、良品率不高的问题。
本发明的技术方案如下：
本太阳能电池包括透明导电薄膜层、窗层、II族金属元素层、铜铟镓硒薄膜吸收层、互渗层、光反射电极(背电极)、基片以及引出电极。其中光吸收层为两层或两层以上的铜铟镓硒(CIGS)薄膜吸收层，两层铜铟镓硒(CIGS)薄膜吸收层之间用透明导电薄膜层和II族金属元素层分隔，在层叠方向上具有两个或两个以上的P-N型结构；铜铟镓硒(CIGS)薄膜吸收层26主要用于吸收入射光的能量，铜铟镓硒(CIGS)薄膜吸收层23既吸收透过上几层后的光能，同时吸收透过本层后被光反射电极21反射回的光能，由于电池内部在层叠方向上具有两个或两个以上P-N型结构，相当于两个或两个以上电池串联起来，从而使整个电池的开路电压得到提高。用高反射率的银(Ag)或铝(Al)制成的光反射电极(背电极)，它可将透射或侧射到其表面的光能大部反射回吸收层，从而尽可能地减少光能损失。
以上所述的II族金属元素层，包括Mg、Zn、Sr和Cd中的至少一种金属元素。
以上所述的太阳能电池，透明导电薄膜层为氧化铟锡(ITO)或氧化锌(ZnO)。
以上所述的太阳能电池，各铜铟镓硒(CIGS)薄膜吸收层的制备方法、厚度、组成元素及其它要素均相同，薄膜中Cu、In、Ga、Se的成份比例都为5-2.5∶0.6-1.4∶0.8-1.2∶3-6。
以上所述的太阳能电池，光反射电极所用的材料为银或铝。
以上所述的太阳能电池，光反射电极与铜铟镓硒(CIGS)薄膜吸收层23之间有一层由元素Al(或Ag)与Cu、In、Ga组成的互渗层22，厚度为1～100nm。银和铝对于薄膜半导体及陶瓷的粘结强度都不理想，容易脱落，为此本发明的电池中，设计了一互渗层，互渗层的作用在于提高用银或铝制成的光反射电极21与CIGS薄膜吸收层23之间的粘结度，由于有了互渗层21，用银或铝制成的光反射电极21与CIGS薄膜吸收层23的粘结度大为提高。
以上所述太阳能电池的制备方法包括以下步骤：
(1)在基片表面上用Ag或Al作靶材溅射沉积制成光反射电极21；
(2)互渗层22的制备：使用双靶共溅射法，两靶的靶材分别是Al(或Ag)和CuInGa合金，对已制成光反射电极21的基片进行共溅射。
(3)铜铟镓硒薄膜吸收层23的制备：在互渗层22上用溅射法制成一层P型铜铟镓硒薄膜，厚度为0.6～2.0um；用化学浴法或真空溅射法，在P型铜铟镓硒薄膜层上制出一层II族金属元素层24，厚度为5-40nm；在真空环境下对基片进行高温热处理后在铜铟镓硒薄膜中形成第一个P-N结；
(4)用溅射法在II族金属元素层24之上制备用ITO或ZnO做成的透明导电薄膜层25，厚度为30～60nm。
(5)铜铟镓硒薄膜吸收层26的制备：重复第(3)步方法，用同样的溅射法在透明导电薄膜层25上制备一层P型铜铟镓硒(CIGS)薄膜；在P型铜铟镓硒薄膜层上制出一层II族金属元素层27，厚度为5-40nm；在真空环境下对基片进行高温热处理后在铜铟镓硒薄膜中形成第二个P-N结，这个P-N结由于是同质结，具有较少的缺陷。同时第一个P-N结层在这次热处理中，也进一步得到增厚，使第一个P-N结的可靠性和稳定性得到提高。
(6)在II族金属元素层27之上用共蒸法或溅射法制成窗层28，材料可用ZnS、ZnO等，厚度为100～300nm。
(7)用溅射法制成透明导电薄膜层29，材料可用ITO、ZnO等，厚度为100～300nm，最后制作引出电极30和31。
上述制备步骤(3)和(5)中，P-N结的生成都是在铜铟镓硒(CIGS)薄膜制成之后，即刻用溅射法或化学浴法在其表面上生成一层II族金属元素(Mg、Zn、Sr和Cd中的至少一种)层，有一个在惰性气体中或真空中热处理、让II族元素扩散到P型铜铟镓硒(CIGS)薄膜中的过程。
多吸收层的铜铟镓硒(CIGS)薄膜的制备方法与单层铜铟镓硒(CIGS)薄膜制备方法都相同，其目的是为了获得多个P-N结的太阳能吸收层。
本发明制备的电池，由于采用了金属铝或银作为光反射电极，并且采用了叠层两个或两个以上P-N结的结构，进一步提高光能的利用率，尽可能减少光能损失，提高了电池转换效率，电池中P-N结为同质结，克服了以往电池中的异质结造成的缺陷多、良品率不高等毛病，因此本发明的电池具有光转换效率高、稳定性好、电池良品率高等优点。
附图说明
图1为现有技术的CIGS太阳能电池剖面结构示意图。
图2为本发明双吸收层太阳能电池剖面结构示意图。
图3、图4为本发明太阳能电池的制备流程示意图。
具体实施方式
如图1所示，以往的铜铟镓硒(CIGS)太阳能电池结构依次为基片11、背电极12(一般用钼或铜钼合金制成)、P型CIGS薄膜层13、缓冲层14、窗层15、透明导电薄膜层16，以及引出电极17和18。由P型铜铟镓硒薄膜层13和N型缓冲层14之间的介面形成P-N结。
如图2所示，本发明太阳能电池依次由基片20、光反射电极21、互渗层22、铜铟镓硒(CIGS)薄膜吸收层23、II族金属元素(Mg、Zn、Sr和Cd中的至少一种)层24、透明导电薄膜层25、铜铟镓硒(CIGS)薄膜吸收层26、II族金属元素(Mg、Zn、Sr和Cd中的至少一种)层27、窗层28、透明导电薄膜层29、以及引出电极30和31组成。
如图3所示，本发明所涉及到的真空溅射设备32，真空溅射设备32内依次排列有四个真空室：I、II、III、IV，I和II之间、II和III之间、III和IV之间均用密封门分隔；II和III内有基片加热器。A、B、E、F、G为射频磁控靶，C为中频磁控靶；D为Se蒸发源。A、B靶距离较近。A靶的靶材为铝(Al)，B和C靶的靶材为铜铟镓(CuInGa)合金，E靶的靶材为锌(Zn)，F靶的靶材为II族金属氧化物(如ZnO)，G靶的靶材为氧化铟锡(ITO)。基片可通过电动轨道在四个真空室中移动。
如图4所示，本发明所涉及到的真空溅射设备33，真空溅射设备33内依次排列有三个真空室：I、II、III。I和II之间、II和III之间用密封门分隔；II和III内有基片加热器。A、B、E、F、G为射频磁控靶，C、D为中频磁控靶；A、B靶距离较近，C、D靶距离也较近。A靶的靶材为铝(Al)，B和C靶的靶材为铜铟镓(CuInGa)合金，D靶的靶材为硒(Se)，E靶的靶材为锌(Zn)，F靶的靶材为II族金属氧化物(如ZnO)，G靶的靶材为氧化铟锡(ITO)。基片可通过电动轨道在三个真空室中移动。
依以下步骤制备：
1、把基片20(如玻璃)放入图3所示真空溅射设备32的第I个真空室中。此时真空溅射设备32中A靶的靶材为金属铝(Al)，B和C靶的靶材CuInGa合金(Cu、In、Ga的成份比例为1∶0.5-1∶0.3-1)。首先把基片20放在A靶靶面的上方，用较强的射频功率施加到A靶，A靶溅射使基片20镀上一层Al作为太阳能电池的光反射电极21，厚度为0.6～1.5um。然后停止溅射。
2、对A和B靶同时施加较小射频功率。这时A靶靶面附近形成Al离子区，B靶靶面附近形成Cu、In、Ga的离子区，A、B靶之间还存在较弱的Al、Cu、In、Ga的混合离子区。
3、把已制成Al光反射电极21的基片，在A和B靶靶面的上方通过。这时即在光反射电极21之上制成了一层由元素Al、Cu、In、Ga组成的互渗层22，厚度为1～100nm。
4、在互渗层22上用溅射法制成一层P型铜铟镓硒(CIGS)薄膜23，厚度为0.6～2.0um，该CIGS薄膜中Cu、In、Ga、Se的成份比例为1.5-2.5∶0.6-1.4∶0.8-1.2∶3-6。
5、用化学浴法或真空溅射法，在P型铜铟镓硒(CIGS)薄膜层23上制出一层II族金属元素(Mg、Zn、Sr和Cd中的至少一种)层24，厚度为5-40nm。
6、在真空环境下对基片进行高温热处理，温度为200～500度，时间为5～20分钟。经高温热处理后，II族元素层24的部分II族元素扩散渗透到CIGS薄膜23中(深度大约为5～30nm)，被II族元素扩散渗入的那部份CIGS半导体23a，由原来的P型变成了N型半导体，从而在CIGS薄膜中形成第一个P-N结，这个P-N结由于是同质结，具有较少的缺陷。
7、用溅射法在II族金属元素(Mg、Zn、Sr和Cd中的至少一种)层24之上制备一透明导电薄膜层25(材料可用ITO、ZnO等)，厚度为30～60nm。
8、重复第(4)步，用同样的方法在透明导电薄膜层25之上制备一层P型铜铟镓硒(CIGS)薄膜层26。
9、重复第(5)步，在P型CIGS薄膜层26上制出一层II族金属元素层27，约为5-40nm。
10、重复第(6)步。经高温热处理后，II族元素层27的部分II族元素扩散渗透到CIGS薄膜层26中(深度大约为5～30nm)。被II族元素扩散渗入的那部份CIGS半导体26a，已由原来的P型变成了N型半导体，从而在CIGS薄膜层26中形成第二个P-N结，这个P-N结由于是同质结，具有较少的缺陷。第一个P-N结层23a，在这次热处理中，也进一步得到增厚，使第一个P-N结的可靠性和稳定性得到提高。
11、在II族金属元素层27之上用共蒸法或溅射法制成窗层28(材料可用ZnS、ZnO等，厚度为100～300nm)。
12、用溅射法制成透明导电薄膜层29(材料可用ITO、ZnO等，厚度为100～300nm)，最后制作引出电极30和31。
实施例一：
把基片20(如钠钙玻璃)放入图3所示真空溅射设备32的第I个真空室中。真空溅射设备32中A靶的靶材为金属Al，B和C靶的靶材CuInGa合金(Cu、In、Ga的成份比例为1∶0.5-1∶0.3-1)。首先把基片放在A靶靶面的上方，用较强的射频功率施加到A靶，A靶对基片20溅射镀上一层Al作为太阳能电池的光反射电极21，厚度约1um，然后A靶停止溅射。
同时对A和B靶施加较小的射频功率，把已制成Al光反射电极21的基片，在A和B靶的靶面上方通过，这时即在光反射电极21上制成了一层由元素Al、Cu、In、Ga组成的互渗层22，厚度为1～100nm。
把基片移到C靶上方，对C靶施加较大的中频功率，C靶溅射使互渗层22上形成一层铜铟镓(CIG)合金预备层，厚度为0.6～1.5um。
基片通过密封门进入II室，用Se蒸发源D在基片上蒸发一层硒层，厚度为0.8～1.0um，然后基片在II室中加热进行硒化处理，温度300-500度，时间20～30分钟。经过硒化处理后，基片上已制成一P型铜铟镓硒(CIGS)薄膜层23，厚度为0.6～2.0um。薄膜中Cu、In、Ga、Se的成份比例为1.5-2.5∶0.6-1.4∶0.8-1.2∶3-6。
下一步，把基片移到III室E靶上方，用真空溅射法，将元素Zn作靶材，在已制成P型铜铟镓硒(CIGS)薄膜层23的基片表面，溅射形成一层金属Zn层24(厚度5-40nm)，再在III室中对该基片进行高温热处理，经高温热处理后，相当部份金属Zn扩散渗透到CIGS薄膜层23中。被Zn扩散渗入的那部份CIGS半导体23a，已由原来的P型变成了N型半导体，从而在CIGS薄膜层23中形成第一个P-N结，这个P-N结由于是同质结，具有较少的缺陷。
把基片移到IV室G靶上方，用溅射法在金属Zn层24之上制备一透明导电薄膜层25(材料可用ITO、ZnO等)，厚度为30～60nm。
基片退回到I室C靶上方，用与制备CIGS薄膜吸收层23相同的方法，在透明导电薄膜层25之上制作铜铟镓硒(CIGS)薄膜吸收层26。
把基片移到III室E靶上方，用溅射法在铜铟镓硒(CIGS)薄膜层26的表面，溅射形成一层金属Zn层27(厚度5-40nm)，再对该基片进行真空环境下的进行第二次高温热处理：温度为200～500度，时间为5～20分钟。
经高温热处理后，金属Zn层27中相当部份金属Zn扩散渗透到CIGS薄膜层26中(深度大约5～30nm)。被Zn扩散渗入的那部份CIGS半导体26a，已由原来的P型变成了N型半导体，从而在CIGS薄膜层26中形成第二个P-N结，这个P-N结由于是同质结，具有较少的缺陷。
薄膜层23a，经第二次热处理后，也进一步扩散增厚，使第一个P-N结的可靠性和稳定性得到提高。
随后，在金属Zn层27之上再依次用F靶溅射制成窗层28(材料可用ZnS、ZnO等，厚度为100～300nm)、用G靶溅射制成透明导电薄膜层29(材料可用ITO等，厚度为100～300nm)；最后制作引出电极30和31，本发明的太阳能电池就制作完成。
整个基片流程为(根据图3所示)：A-B-C-D-E-G-C-D-E-F-G
用AM 1.5、100mW/cm2的模拟太阳光进行测试，本实施例制成的电池的输出短路电流大于25mA/cm2，开路电压大于0.5V。
用以上方法制备具有三层或三层以上铜铟镓硒(CIGS)薄膜吸收层的太阳能电池，与有两层铜铟镓硒(CIGS)薄膜吸收层的太阳能电池的效果是一致的。
实施例二：
把基片20(如钠钙玻璃)放入图3所示真空溅射设备32的第I个真空室中。真空溅射设备32中A靶的靶材为金属Al，B和C靶的靶材CulnGa合金(Cu、In、Ga的成份比例为1∶0.5-1∶0.3-1)。首先把基片放在A靶靶面的上方，用较强的射频功率施加到A靶，A靶对基片20溅射镀上一层Al作为太阳能电池的光反射电极21，厚度约1um。然后同时对A和B靶施加较小的射频功率，把已制成Al光反射电极21的基片，在A和B靶的靶面上方通过，这时即在光反射电极21上制成了一层由元素Al、Cu、In、Ga组成的互渗层22，厚度为1～100nm。
把基片移到C靶上方，对C靶施加较大的中频功率，C靶溅射使互渗层22上形成一层铜铟镓(CIG)合金预备层，厚度为0.6～1.5um。
基片通过密封门进入II室，用Se蒸发源D在基片上蒸发一层硒层，厚度为0.8～1.0um，然后基片在II室中加热进行硒化处理，温度300-500度，时间20～30分钟。经过硒化处理后，基片已制成一P型铜铟镓硒(CIGS)薄膜层23，厚度为0.6～2.0um。该薄膜中Cu、In、Ga、Se的成份比例为1.5-2.5∶0.6-1.4∶0.8-1.2∶3-G。
下一步，把基片取出真空设备32，用化学浴法，把已形成P型铜铟镓硒(CIGS)薄膜层23的基片，放入含有II族元素Zn离子的恒温溶液中10～20分钟，然后取出干燥，此时在CIGS薄膜层23上形成了一层金属Zn层24(厚度10-40nm)。
基片放回真空设备32的III室，在III室中对该基片进行高温热处理：在真空环境下对其进行高温烘烤，温度为200～500度，时间5～20分钟。经高温热处理后，相当部份金属Zn扩散渗透到CIGS薄膜层23中。被Zn扩散渗入的那部份CIGS半导体23a，已由原来的P型变成了N型半导体，从而在CIGS薄膜层23中形成第一个P-N结，这个P-N结由于是同质结，具有较少的缺陷。
把基片移到IV室G靶上方，用溅射法在金属Zn层24之上制备一透明导电薄膜层25(材料可用ITO、ZnO等)，厚度为30～60nm。
基片退回到I室C靶上方，用与制备CIGS薄膜吸收层23相同的方法，在透明导电薄膜层25之上制作铜铟镓硒(CIGS)薄膜吸收层26。
把基片再取出真空设备32，用化学浴法，把已形成P型铜铟镓硒(CIGS)薄膜层26的基片，放入含有II族元素Zn离子的恒温溶液中10～20分钟，然后取出干燥，此时在CIGS薄膜层26上形成了一层金属Zn层27(厚度10-40nm)。基片放回真空设备32的III室。再对该基片进行真空环境下的进行第二次高温热处理：温度为200～500度，时间为5～20分钟。
经高温热处理后，金属Zn层27中相当部份金属Zn扩散渗透到CIGS薄膜层26中(深度大约5～30nm)。被Zn扩散渗入的那部份CIGS半导体26a，已由原来的P型变成了N型半导体，从而在CIGS薄膜层26中形成第二个P-N结，这个P-N结由于是同质结，具有较少的缺陷。
薄膜层23a，经第二次热处理后，也进一步扩散增厚，使第一个P-N结的可靠性和稳定性得到提高。
随后，在金属Zn层27之上再依次用F靶溅射制成窗层28(材料可用ZnS、ZnO等，厚度为100～300nm)、用G靶溅射制成透明导电薄膜层29(材料可用ITO等，厚度为100～300nm)；最后制作引出电极30和31，本发明的太阳能电池就制作完成。
用AM 1.5、100mW/cm2的模拟太阳光进行测试，本实施例制成的电池的输出短路电流大于25mA/cm2，开路电压大于0.5V。
实施例三：
把基片20(如钠钙玻璃)放入图4所示真空溅射设备33的第I个真空室中。I室中A靶的靶材为金属Al，B靶的靶材为铜铟镓(CuInGa)合金。首先把基片放在A靶靶面的上方，用较强的射频功率施加到A靶，A靶对基片20溅射镀上一层Al作为太阳能电池的光反射电极21，厚度约1um。然后同时对A和B靶施加较小的射频功率，把已制成Al光反射电极21的基片，在A和B靶的靶面上方通过，这时即在光反射电极21上制成了一层由元素Al、Cu、In、Ga组成的互渗层22，厚度为1～100nm。
基片通过密封门进入II室，II室中C靶的靶材为铜铟镓(CuInGa)合金，D靶的靶材为硒(Se)。基片在C靶和D靶上方往复摆动。以Ar气体作为溅射气体，对C靶和D靶同时施加较大的中频功率，同时对基片进行加热，加热温度为150～250度。C靶和D靶同时溅射在互渗层22上形成一层P型铜铟镓硒(CIGS)薄膜层23，厚度为0.6～2.0um。该薄膜中Cu、In、Ga、Se的成份比例为1.5-2.5∶0.6-1.4∶0.8-1.2∶3-6。
把基片移到III室E靶上方，用真空溅射法，将元素Zn作靶材，在已形成P型铜铟镓硒(CIGS)薄膜层23的基片表面，溅射形成一层金属Zn层24(厚度5-40nm)，再在III室中对该基片进行高温热处理，经高温热处理后，相当部份金属Zn扩散渗透到CIGS薄膜层23中。被Zn扩散渗入的那部份CIGS半导体23a，已由原来的P型变成了N型半导体，从而在CIGS薄膜23中形成第一个P-N结，这个P-N结由于是同质结，具有较少的缺陷。
把基片移到G靶上方，用溅射法在金属Zn层24之上制备一透明导电薄膜层25(靶材可用ITO、ZnO等)，厚度为30～60nm。
基片退回到II室，用与制备CIGS薄膜吸收层23相同的方法，在透明导电薄膜层25之上制作铜铟镓硒(CIGS)薄膜吸收层26。
把基片移到III室E靶上方，用溅射法在铜铟镓硒(CIGS)薄膜层26的表面，溅射形成一层金属Zn层27(厚度5-40nm)，再对该基片进行真空环境下的进行第二次高温热处理：温度为200～500度，时间为5～20分钟。
经高温热处理后，金属Zn层27中相当部份金属Zn扩散渗透到CIGS薄膜层26中(深度大约5～30nm)。被Zn扩散渗入的那部份CIGS半导体26a，已由原来的P型变成了N型半导体，从而在CIGS薄膜26中形成第二个P-N结，这个P-N结由于是同质结，具有较少的缺陷。
薄膜层23a，经第二次热处理后，也进一步扩散增厚，使第一个P-N结的可靠性和稳定性得到提高。
随后，在金属Zn层27之上再依次用F靶溅射制成窗层28(靶材可用ZnS、ZnO等，厚度为100～300nm)、用G靶溅射制成透明导电薄膜层29(靶材可用ITO等，厚度为100～300nm)；最后制作引出电极30和31，本发明的太阳能电池就制作完成。
用AM 1.5、100mW/cm2的模拟太阳光进行测试，本实施例制成的电池的输出短路电流大于25mA/cm2，开路电压大于0.5V。

Claims (7)

1.一种多吸收层太阳能电池，包括透明导电薄膜层、窗层、铜铟镓硒薄膜吸收层、II族金属元素层、互渗层、光反射电极、基片以及引出电极，各层从上到下的顺序为：透明导电薄膜层、窗层、II族金属元素层、铜铟镓硒薄膜吸收层、透明导电薄膜层、II族金属元素层、铜铟镓硒薄膜吸收层、互渗层、光反射电极、基片。其特征在于：
(1)所述太阳能电池的光吸收层有两层或多层铜铟镓硒薄膜吸收层，两层铜铟镓硒薄膜吸收层之间用透明导电薄膜层和II族金属元素层分隔，在层叠方向上具有两个或多个P-N型结构；
(2)各铜铟镓硒薄膜吸收层的制备方法、厚度、组成元素均相同，薄膜中Cu、In、Ga、Se的成份比例为1.5-2.5∶0.6-1.4∶0.8-1.2∶3-6。
2.根据权利要求1所述的多吸收层太阳能电池，其特征在于：II族金属元素层包括Mg、Zn、Sr和Cd中的至少一种金属元素。
3.根据权利要求1所述的多吸收层太阳能电池，其特征在于：透明导电薄膜层为氧化铟锡或氧化锌。
4.根据权利要求1所述的多吸收层太阳能电池，其特征在于：光反射电极所用的材料为银或铝。
5.根据权利要求1所述的多吸收层太阳能电池，其特征在于：光反射电极与铜铟镓硒薄膜吸收层之间有一层由元素Al、Ag中任一种与Cu、In和Ga组成的互渗层。
6.一种制备如权利要求1所述的多吸收层太阳能电池的方法，其特征包括以下步骤：
(1)在基片表面上用Ag或Al作靶材溅射沉积作为光反射电极；
(2)互渗层的制备：使用双靶共溅射法，一个靶的靶材分别是Al、Ag中的任一种，另一个靶的靶材为Cu、In和Ga的合金，两靶一起对已制成光反射电极的基片进行共溅射。
(3)P-N结的制备：用溅射法制成一层P型铜铟镓硒薄膜，厚度为0.6～2.0um；
再用化学浴法或真空溅射法，在P型铜铟镓硒薄膜层上制出一层II族金属元素层，厚度为5-40nm；在真空环境下对基片进行高温热处理后在铜铟镓硒薄膜中形成P-N结；
(4)用共蒸法或溅射法制成窗层，材料可用ZnS、ZnO等，厚度为100～300nm。
(5)用溅射法制成透明导电薄膜层，材料可用ITO、ZnO等，厚度为100～300nm，
最后制作引出电极。
7.根据权利要求6所述的多吸收层太阳能电池制备方法，其特征在于：步骤(3)中P-N结的生成都是在铜铟镓硒薄膜制成之后，即刻用溅射法或化学浴法在其表面上生成一层II族金属元素层，有一个在惰性气体中或真空中热处理、让II族元素扩散到P型铜铟镓硒薄膜中的过程。
CNB2004100480664A 2004-06-14 2004-06-14 一种多吸收层太阳能电池及制造方法 Expired - Fee Related CN100383982C (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB2004100480664A CN100383982C (zh) 2004-06-14 2004-06-14 一种多吸收层太阳能电池及制造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB2004100480664A CN100383982C (zh) 2004-06-14 2004-06-14 一种多吸收层太阳能电池及制造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1585140A CN1585140A (zh) 2005-02-23
CN100383982C true CN100383982C (zh) 2008-04-23

Family

ID=34602065

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB2004100480664A Expired - Fee Related CN100383982C (zh) 2004-06-14 2004-06-14 一种多吸收层太阳能电池及制造方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN100383982C (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101882640A (zh) * 2010-06-28 2010-11-10 普尼太阳能(杭州)有限公司 一种CuInSe2基薄膜太阳能电池

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201024842Y (zh) * 2007-03-29 2008-02-20 深圳市瑞华建设股份有限公司 一种太阳能光伏电池中空玻璃组件
CN101373798B (zh) * 2007-08-22 2010-07-21 中国科学院半导体研究所 倒装双结铟镓氮太阳能电池结构
CN101179109B (zh) * 2007-12-17 2010-06-02 中国科学院长春应用化学研究所 采用三层有机异质结薄膜作为中间电极的叠层有机光伏电池
US8894826B2 (en) * 2009-09-24 2014-11-25 Jesse A. Frantz Copper indium gallium selenide (CIGS) thin films with composition controlled by co-sputtering
CN102005487B (zh) * 2010-10-09 2013-12-11 深圳丹邦投资集团有限公司 一种柔性薄膜太阳电池用光吸收层材料及其制备方法
CN102569441A (zh) * 2010-12-17 2012-07-11 慧濠光电科技股份有限公司 铜铟硒类太阳能电池及其制作方法
CN102496645B (zh) * 2010-12-17 2013-08-21 西南交通大学 一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池的制备方法
US20130118569A1 (en) * 2011-11-14 2013-05-16 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Method for forming thin film solar cell with buffer-free fabrication process
CN102544132B (zh) * 2012-01-17 2014-12-03 上海联孚新能源科技集团有限公司 铜铟镓硒电池及其制备方法
CN105742401A (zh) * 2014-12-10 2016-07-06 北京汉能创昱科技有限公司 一种铜铟镓硒(cigs)薄膜太阳能电池的制备方法
CN105047737B (zh) * 2015-06-30 2017-04-19 厦门神科太阳能有限公司 Cigs基薄膜太阳能电池的制备方法
CN105261660B (zh) * 2015-08-28 2017-08-29 厦门神科太阳能有限公司 一种cigs基薄膜太阳能电池
CN106531827A (zh) * 2015-09-15 2017-03-22 株式会社东芝 光电转换元件、太阳能电池、太阳能电池模块及太阳光发电系统
CN108470783B (zh) 2018-03-28 2020-12-01 京东方科技集团股份有限公司 感光元件及其制造方法、显示面板及其制造方法
CN113540281B (zh) * 2020-04-13 2024-03-29 隆基绿能科技股份有限公司 叠层光伏器件

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3978510A (en) * 1974-07-29 1976-08-31 Bell Telephone Laboratories, Incorporated Heterojunction photovoltaic devices employing i-iii-vi compounds
US4465575A (en) * 1981-09-21 1984-08-14 Atlantic Richfield Company Method for forming photovoltaic cells employing multinary semiconductor films
CN1367536A (zh) * 2002-03-08 2002-09-04 清华大学 一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池及其制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3978510A (en) * 1974-07-29 1976-08-31 Bell Telephone Laboratories, Incorporated Heterojunction photovoltaic devices employing i-iii-vi compounds
US4465575A (en) * 1981-09-21 1984-08-14 Atlantic Richfield Company Method for forming photovoltaic cells employing multinary semiconductor films
CN1367536A (zh) * 2002-03-08 2002-09-04 清华大学 一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池及其制备方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101882640A (zh) * 2010-06-28 2010-11-10 普尼太阳能(杭州)有限公司 一种CuInSe2基薄膜太阳能电池
CN101882640B (zh) * 2010-06-28 2011-08-10 普尼太阳能(杭州)有限公司 一种CuInSe2基薄膜太阳能电池

Also Published As

Publication number Publication date
CN1585140A (zh) 2005-02-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100383982C (zh) 一种多吸收层太阳能电池及制造方法
CN102054897B (zh) 多元素合金单一靶材制备薄膜太阳能电池的方法
US9812593B2 (en) Solar cell and preparing method of the same
WO2013162780A2 (en) Back contact for photovoltaic devices such as copper-indium-diselenide solar cells
CN101097968A (zh) 一种高效叠层太阳能电池及其制备方法
JP4394366B2 (ja) 両面受光太陽電池
US20140090706A1 (en) Solar cell apparatus and method of fabricating the same
US20170243999A1 (en) Solar cell
CN104396020A (zh) 用于类似铜铟亚盐酸太阳能电池的光伏器件的后接触结构
EP2506312A1 (en) Solar cell
CN101752453A (zh) 玻璃衬底双面铜铟镓硒薄膜太阳电池组件的制备方法
CN109638096A (zh) 一种化合物半导体薄膜太阳能电池制备方法
CN106298989B (zh) 一种提高薄膜太阳能电池背电极和吸收层附着力的方法
CN108172645A (zh) 一种CIGS/CdTe叠层太阳能电池及其制作方法
CN102867860B (zh) 一种用于cigs基薄膜光伏电池的过渡层及其制备方法
US9773929B2 (en) Solar cell and method of fabricating the same
JP2014504038A (ja) 太陽電池及びその製造方法
CN104115278B (zh) 太阳能电池及其制造方法
CN101882640B (zh) 一种CuInSe2基薄膜太阳能电池
US9966485B2 (en) Solar cell and method of fabricating the same
KR101843292B1 (ko) 박막 태양전지 및 그 제조 방법
CN102646746A (zh) 碲锌镉/铜铟镓硒叠层太阳能电池
KR20210068176A (ko) 투광형 박막 태양전지의 제조방법
TWI463685B (zh) 多層堆疊的光吸收薄膜與其製造方法及太陽能電池
TWI688112B (zh) 軟性薄膜太陽能電池的製法及其製品

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract

Assignee: Guangxi DiKai Science & Technology Co., Ltd.

Assignor: Wang Dongsheng

Contract record no.: 2011450000049

Denomination of invention: Multi-absorbing-layer solar battery and manufacturing method thereof

Granted publication date: 20080423

License type: Common License

Open date: 20050223

Record date: 20110726

DD01 Delivery of document by public notice

Addressee: Wang Dongsheng, Huang Kaisheng

Document name: Notification to Pay the Fees

DD01 Delivery of document by public notice

Addressee: Wang Dongsheng, Huang Kaisheng

Document name: Notification of Termination of Patent Right

DD01 Delivery of document by public notice
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20080423

Termination date: 20160614

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee