CN101937943A - 镓铟原子比梯度分布的薄膜太阳能电池吸收层的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种镓铟原子比梯度分布的薄膜太阳能电池吸收层的制备方法，其特征在于：使用含不同镓铟含量比的铜铟镓硒纳米颗粒，运用简单的多层喷印方法来制备薄膜太阳能电池铜铟镓硒吸收层。本发明通过使用含不同镓铟含量比的铜铟镓硒纳米颗粒，运用简单的多层喷印方法来制备薄膜太阳能电池铜铟镓硒吸收层，实现了太阳能电池铜铟镓硒吸收层中镓铟原子比梯度分布，从而提高太阳能电池的转化效率，且工艺和所需设备简单，容易实现大面积均匀性与连续化生产。

Description

镓铟原子比梯度分布的薄膜太阳能电池吸收层的制备方法
技术领域
本发明涉及一种薄膜太阳能电池吸收层的制备方法，特别是一种镓铟原子比梯度分布的铜铟镓硒太阳能电池吸收层的制备方法，属于太阳能发电技术领域。
背景技术
太阳能电池中的铜铟镓硒吸收层通常可用CuIn1-xGaxSe2(CIGS)来表达。而调整镓铟的组成原子比x可以用来调整吸收层能隙的大小。例如，CuInSe2的能隙为1.02eV，CuGaSe2的能隙为1.68eV，而理想的太阳能材料能隙范围应介于1.3-1.5eV，其对应的镓铟原子比x为0.7。考虑到太阳光在吸收层的传播，其入射强度随入射深度而衰减，在铜铟镓硒吸收层中引入镓铟原子比x的梯度分布将有效提高薄膜的光转化效率。目前，主要采用共蒸发法来实现铜铟镓硒吸收层中镓铟原子比x的梯度分布。共蒸发法特点是薄膜质量好，容易实现元素的梯度分布，电池转换效率高，但是该方法对设备要求严格，蒸发过程不容易控制，大面积均匀性与连续化生产难度很大。如申请号为200810204035的《具有陷光结构的超薄铜铟镓硒太阳能电池的制备方法》中，公开了一种采用共蒸发沉积具有“V”形带隙梯度分布的吸收层。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种利用非真空纳米喷印技术来制备具镓铟原子比梯度分布的薄膜太阳能电池吸收层的制备方法。它可以实现太阳能电池铜铟镓硒吸收层中镓铟原子比梯度分布，从而提高太阳能电池的转化效率，且工艺和设备简单，容易实现面积均匀性与连续化生产。
本发明的技术方案：镓铟原子比梯度分布的薄膜太阳能电池吸收层的制备方法，其特征在于：使用含不同镓铟含量比的铜铟镓硒纳米颗粒，运用简单的多层喷印方法来制备薄膜太阳能电池铜铟镓硒吸收层。
前述的镓铟原子比梯度分布的薄膜太阳能电池吸收层的制备方法中，所述方法具体步骤如下：
a、制备包含不同镓铟含量比的铜铟镓硒纳米颗粒的水溶性前驱物(制备CIGS吸收层的前驱物)，其中铜铟镓硒纳米颗粒为包含铜铟镓硒元素的合金或氧化物；
b、非真空条件下，在背电极层上逐层喷印a步骤制备含不同镓铟含量比的水溶性前驱物，形成产品P；每一层喷印的水溶性前驱物中，包含的镓铟含量比均不同。
c、对产品P进行热处理，形成镓铟原子比梯度分布的薄膜太阳能电池铜铟镓硒吸收层。其能隙覆盖范围为0.9eV到1.6eV。
前述的镓铟原子比梯度分布的薄膜太阳能电池吸收层的制备方法中，所述步骤b中的逐层喷印顺序为铜铟镓硒纳米颗粒的镓铟原子比沿着背电极层方向逐步增加，其中喷印时每层的厚度为50纳米到500纳米，总层数为2到3层。
前述的镓铟原子比梯度分布的薄膜太阳能电池吸收层的制备方法中，所述步骤b中的逐层喷印顺序为铜铟镓硒纳米颗粒的镓铟原子比沿着缓冲层方向逐步增加，其中喷印时每层的厚度为50纳米到500纳米，总层数为2到3层。
前述的镓铟原子比梯度分布的薄膜太阳能电池吸收层的制备方法中，所述步骤b中的逐层喷印顺序为铜铟镓硒纳米颗粒的镓铟原子比在中间最小，而沿着缓冲层方向和背电极层方向均逐步增加，其中喷印时每层的厚度为50纳米到500纳米，总层数为2到3层。
前述的镓铟原子比梯度分布的薄膜太阳能电池吸收层的制备方法中，所述步骤c中的热处理具体方法为：利用红外和/或紫外光加热逐层喷印的铜铟镓硒纳米颗粒，使其溶化，退火后形成均匀的镓铟原子比梯度分布的铜铟镓硒太阳能电池吸收层；热处理的温度范围为200℃到600℃。
与现有技术相比，本发明通过使用含不同镓铟含量比的铜铟镓硒纳米颗粒，运用简单的多层喷印方法来制备薄膜太阳能电池铜铟镓硒吸收层，实现了太阳能电池铜铟镓硒吸收层中镓铟原子比梯度分布，从而提高太阳能电池的转化效率，最大可提高2％的转化效率；且工艺和所需设备简单，容易实现大面积均匀性与连续化生产。
附图说明
图1是本发明铜铟镓硒太阳能电池的结构示意图；
图2是本发明制备的吸收层的带隙示意图；
图3是本发明制备的背梯度吸收层结构示意图；
图4是本发明制备的前梯度吸收层结构示意图；
图5是本发明制备的中梯度吸收层结构示意图。
附图中的标记：1-透明窗口层，2-透明导电薄膜层，3-缓冲层，4-吸收层，5-背电极层，6-基底，7-反反射层，8-热处理前的吸收层，9-热处理后的吸收层。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
实施例。
铜铟镓硒太阳能电池由底部向上依次为基底6、背电极层5(Mo)、吸收层4(CIGS)、缓冲层3(ZnS或CdS)、透明导电薄膜层2和透明窗口层1和反反射层7(MnF2)。如图1所示。
镓铟原子比梯度分布的薄膜太阳能电池吸收层的制备方法：使用含不同镓铟含量比的铜铟镓硒纳米颗粒，运用简单的多层喷印方法来制备薄膜太阳能电池铜铟镓硒吸收层。具体步骤如下：
a、制备包含不同镓铟含量比的铜铟镓硒纳米颗粒的水溶性前驱物，其中铜铟镓硒纳米颗粒为包含铜铟镓硒元素的合金或氧化物；
b、非真空条件下，在背电极层上逐层喷印a步骤制备含不同镓铟含量比的水溶性前驱物，形成产品P；
c、对产品P进行热处理，形成镓铟原子比梯度分布的薄膜太阳能电池铜铟镓硒吸收层。热处理具体方法为：利用红外和/或紫外光加热逐层喷印的铜铟镓硒纳米颗粒，使其溶化，退火后形成均匀的镓铟原子比梯度分布的铜铟镓硒太阳能电池吸收层；热处理的温度范围为200℃到600℃。
步骤b中的逐层喷印顺序为铜铟镓硒纳米颗粒的镓铟含量比沿着背电极方向逐步增加；或铜铟镓硒纳米颗粒的镓铟含量比沿着缓冲层方向逐步增加；还可以是铜铟镓硒纳米颗粒的镓铟含量比在中间最小，而沿着缓冲层方向和背电极层方向均逐步增加。采用三种喷印顺序制备的太阳能电池吸收层，将会形成如图2所示的带隙形状，分别为背梯度、前梯度和中梯度，在图中分别用a、b和c表示。其对应的吸收层结构如图3至图5所示，黑点密度代表镓铟原子比大小，密度越大，镓铟含量原子比越大。其中喷印时每层的厚度为50纳米到500纳米，总层数为2到3层，通过调节铜铟镓硒纳米颗粒中的镓铟含量比，已经喷涂的层数和厚度，实现热处理后形成的吸收层中镓铟原子比可使铜铟镓硒太阳能电池吸收层的能隙覆盖范围为0.9eV到1.6eV。
前述的镓铟原子比梯度分布的薄膜太阳能电池吸收层的制备方法中，其中当逐层喷印顺序为铜铟镓硒纳米颗粒的镓铟含量比沿着背电极层方向逐步增加时，光电转化效率可提高0.5％-1％：当逐层喷印顺序为铜铟镓硒纳米颗粒的镓铟含量比沿着缓冲层方向逐步增加时，光电转化效率可提高0.5％-2％；当逐层喷印顺序为铜铟镓硒纳米颗粒的镓铟含量比在中间最小，而沿着缓冲层方向和背电极层方向均逐步增加时，光电转化效率可提高0.5％-2％。

Claims (6)

1.镓铟原子比梯度分布的薄膜太阳能电池吸收层的制备方法，其特征在于：使用含不同镓铟含量比的铜铟镓硒纳米颗粒，运用多层喷印方法来制备薄膜太阳能电池铜铟镓硒吸收层。
2.根据权利要求1所述的镓铟原子比梯度分布的薄膜太阳能电池吸收层的制备方法，其特征在于，所述方法具体步骤如下：
a、制备包含不同镓铟含量比的铜铟镓硒纳米颗粒的水溶性前驱物，其中铜铟镓硒纳米颗粒为包含铜铟镓硒元素的合金或氧化物；
b、非真空条件下，在背电极层上逐层喷印a步骤制备含不同镓铟含量比的水溶性前驱物，并在每喷印若干层水溶性前驱物后，再涂上硒纳米颗粒层，形成产品P；
c、对产品P进行热处理，形成镓铟原子比梯度分布的薄膜太阳能电池铜铟镓硒吸收层，其能隙覆盖范围为0.9eV到1.6eV。
3.根据权利要求2所述的镓铟原子比梯度分布的薄膜太阳能电池吸收层的制备方法，其特征在于：所述步骤b中的逐层喷印顺序为铜铟镓硒纳米颗粒的镓铟含量比沿着背电极层方向逐步增加，其中喷印时每层的厚度为50纳米到500纳米，总层数为2到3层。
4.根据权利要求2所述的镓铟原子比梯度分布的薄膜太阳能电池吸收层的制备方法，其特征在于：所述步骤b中的逐层喷印顺序为铜铟镓硒纳米颗粒的镓铟含量比沿着缓冲层方向逐步增加，其中喷印时每层的厚度为50纳米到500纳米，总层数为2到3层。
5.根据权利要求2所述的镓铟原子比梯度分布的薄膜太阳能电池吸收层的制备方法，其特征在于：所述步骤b中的逐层喷印顺序为铜铟镓硒纳米颗粒的镓铟含量比在中间最小，而沿着缓冲层方向和背电极层方向均逐步增加，其中喷印时每层的厚度为50纳米到500纳米，总层数为2到3层。
6.根据权利要求2所述的镓铟原子比梯度分布的薄膜太阳能电池吸收层的制备方法，其特征在于，所述步骤c中的热处理具体方法为：利用红外和/或紫外光加热逐层喷印的铜铟镓硒纳米颗粒，使其溶化，退火后形成均匀的镓铟原子比梯度分布的铜铟镓硒太阳能电池吸收层；热处理的温度范围为200℃到600℃。
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