CN102110737B - 一种铜铟镓硒太阳电池缓冲层的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于一种铜铟镓硒太阳电池缓冲层的制备方法，配置镀液、选择衬底、在衬底上喷淋镀液，衬底上形成II-VI族化合物薄膜作为太阳电池缓冲层。本发明采用喷淋法制备铜铟镓硒太阳电池缓冲层，利用动态结晶原理，采用喷嘴对传送带上的衬底进行水幕状、圆锥状或圆柱状等立体状态喷淋镀液，使镀液与衬底接触产生结晶，衬底的表面不断与新鲜的镀液相接触，溶液与衬底形成动态平衡，产生类似化学水浴法的沉积形式，在接触面不断有新结晶的晶体生长出，相比传统的化学水浴法，极大提高了生产效率；采用增压计量泵，镀液喷淋量得以控制，使喷淋后得到的II-VI族化合物薄膜厚度、均匀度、致密度得到保障，并且成本低，重复性好。

Description

一种铜铟镓硒太阳电池缓冲层的制备方法

技术领域

本发明属于太阳电池技术领域，尤其是一种铜铟镓硒太阳电池缓冲层的制备方法。

背景技术

随着全球不可再生能源的逐渐减少，太阳能作为洁净、可再生能源得到世界各国高度重视。作为第三代太阳能电池的铜铟镓硒(CIGS)等化合物薄膜太阳能电池已成学学术界和产业界研究发展的主攻方向。

硫化镉CdS、硫化锌ZnS或碲化镉CdTe等II-VI族化合物薄膜广泛用作薄膜太阳电池的缓冲层。目前II-VI族化合物薄膜制备方法分为两大类：气象法和溶液化学法。气象法主要包括：真空蒸发、分子束外延、溅射、化学气相沉积等。由于气相法材料合成设备昂贵、工艺过程复杂，得到的光伏电池成本很高，因此不能得到大面积的推广应用。溶液化学法主要包括化学浴沉积和电化学沉积，其中化学浴沉积是目前制备薄膜太阳电池缓冲层最常用的方法，该方法成本低，操作简单，可以严格控制缓冲层的厚度、薄膜形貌、晶体结构等，但该方法产能低，重复性差，不适宜连续化大规模制备铜铟镓硒太阳电池缓冲层；电化学沉积不能满足制备缓冲层晶形稳定、自然生长和镀液缓慢化学反应的要求。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足之处，提供操作简单、成本低、薄膜制备重复性强，产能高，适宜连续化规模生产的铜铟镓硒太阳电池缓冲层的制备方法。

一种铜铟镓硒太阳电池缓冲层的制备方法，在衬底上喷淋镀液后，衬底上形成II-VI族化合物薄膜作为太阳电池缓冲层，制备步骤包括：

(1)配置镀液：将含量0.001-0.01M镉盐或锌盐、1-10倍于镉盐或锌盐浓度的硫源、0.001-0.03M铵盐、0.001-0.01M氨水的混合溶液作为镀液，用镀液加热器加热镀液，热偶单元控制镀液温度为50-100℃；

(2)衬底选择：选择片状或者卷状玻璃、聚酰亚胺或者金属箔中一种作为衬底，平铺在生产线传送带5上，用加热器加热衬底，热偶单元控制衬底温度为50-100℃；

(3)喷淋：用增压计量泵将(1)中加热后的镀液由镀液进泵管道流向镀液出泵管道，连接在镀液出泵管道终端的镀液喷嘴将镀液喷淋在衬底上，喷淋时间为5-60min，去离子水清洗喷淋有镀液的衬底；清洗后的衬底移至生产线传送带上的干燥箱内，干燥后的衬底上形成一层厚度10-200nm的II-VI族化合物薄膜，即铜铟镓硒太阳电池缓冲层。

而且，所述(3)中进泵管道和出泵管道外面包有加热套或者管道内置加热丝，热偶单元控制加热套或热丝温度，保持管道内镀液温度为50-100℃。

而且，所述(1)和(2)中加热器为恒温水箱、加热板，热鼓风，红外加热器，微波加热器或者隧道加热器中一种。

而且，(2)中金属箔为铜箔、不锈钢箔或钛箔中一种。

而且，所述(1)中镉盐为醋酸镉，氯化镉，硫酸镉或硝酸镉中一种；锌盐为醋酸锌，氯化锌，硫酸锌或硝酸锌中一种；硫源为硫脲，硫醇，硫醚或硫代乙酸铵中一种。

而且，所述加热套为红外加热套、微波加热套或者热风加热套中一种。

而且，所述(3)中喷嘴为两个以上扁口喷嘴、锥口喷嘴、柱状喷嘴或高压喷嘴中的一种。

本发明的优点及有益效果是：

1、本发明采用喷淋法制备铜铟镓硒太阳电池缓冲层，利用动态结晶原理，采用喷嘴对传送带上的衬底进行水幕状喷淋镀液，极大提高了生产效率；采用增压计量泵，镀液喷淋量得以控制，使喷淋后得到的II-VI族化合物薄膜厚度、均匀度、致密度得到保障，并且成本低，重复性好。

2、本发明采用动态结晶原理，使镀液与衬底接触产生结晶，衬底的表面不断与新鲜的镀液相接触，在接触面不断有新结晶的晶体生长出，实现纳米厚度II-VI族化合物薄膜的镀制。

附图说明

图1为本发明制备薄膜作为太阳电池缓冲层装置示意图；

图2为本发明制备CdS薄膜的XRD图。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明进一步说明，下述实施例是说明性的，不是限定性的，不能以下述实施例来限定本发明的保护范围。

铜铟镓硒太阳电池缓冲层的制备方法通过以下实施例进行说明：

实施例：

如图1所示，在衬底上喷淋镀液，衬底上形成CdS薄膜作为太阳电池缓冲层，制备步骤为：

(1)配置镀液：将含量0.005M醋酸镉、5倍于醋酸镉浓度的硫脲、0.005M铵盐、0.005M氨水的混合溶液置于镀液容器2中搅拌后作为镀液，接通电加热板作为镀液加热器1为镀液加热，热偶单元(图中未标注)控制镀液温度为60℃；

(2)衬底选择：选择卷状铜箔作为衬底装在放卷架上4，衬底平铺在生产线传送带5上，衬底端部缠在收卷架15上，接通电加热板作为衬底加热器8为衬底加热，热偶单元(图中未标注)控制衬底温度为60℃；

(3)喷淋：接通增压计量泵6电源，将(1)中加热后的镀液由镀液进泵管道3流向镀液出泵管道9，镀液进泵管道和镀液出泵管道表面包有加热套，热偶单元(图中未标注)控制管道中镀液的温度为60℃；连接在镀液出泵管道9终端的镀液喷嘴10将镀液喷淋在衬底上，由生产线传送带5的传送速度控制衬底移动的速度，使衬底的喷淋时间为5min，喷淋后的废液流入衬底下面的废液槽7中，喷淋后的衬底移至去离子水清洗喷嘴12下面，启动水泵16，去离子水容器18中的去离子水经去离子水进泵管道17流向去离子水出泵管道13清洗镀液后的衬底，清洗的废水流入废水槽11；清洗后的衬底移至生产线传送带上的干燥箱14内，干燥后在衬底上形成一层厚度10nm的CdS薄膜，即铜铟镓硒太阳电池缓冲层。图2为CdS薄膜的XRD图。

本方法的工作原理在于，利用动态结晶的方法，使镀液在衬底接触处结晶。控制镀液的温度，浓度，使镀液在衬底接触面不断形成纳米厚度的II-VI族化合物结晶薄膜。衬底的表面不断与新鲜的镀液相接触，因此在接触面不断有新结晶的晶体生长出，从而实现晶状纳米厚度薄膜的镀制。利用喷淋法，将镀液均匀喷淋在衬底表面，镀液与衬底表面接触的过程中伴随着沉积反应的发生，控制镀液和衬底的界面反应，并且在镀膜期间一直保持湿润。可实现卷对卷连续化工艺的生产条件，而不必局限在传统的单片衬底镀制薄膜的情况，从而极大的提高了生产效率及产量。

Claims (7)

1.一种铜铟镓硒太阳电池缓冲层的制备方法，其特征在于：在衬底上喷淋镀液后，衬底上形成II-VI族化合物薄膜作为太阳电池缓冲层，制备步骤包括：

(1)配置镀液：将含量0.001-0.01M镉盐或锌盐、1-10倍于镉盐或锌盐浓度的硫源、0.001-0.03M铵盐、0.001-0.01M氨水的混合溶液作为镀液，用镀液加热器加热镀液，热偶单元控制镀液温度为50-100℃；

(2)衬底选择：选择片状或者卷状玻璃、聚酰亚胺或者金属箔中一种作为衬底，平铺在生产线传送带上，用加热器加热衬底，热偶单元控制衬底温度为50-100℃；

(3)喷淋：用增压计量泵将(1)中加热后的镀液由镀液进泵管道流向镀液出泵管道，连接在镀液出泵管道终端的镀液喷嘴将镀液喷淋在衬底上，喷淋时间为5-60min，去离子水清洗喷淋有镀液的衬底；清洗后的衬底移至生产线传送带上的干燥箱内，干燥后的衬底上形成一层厚度10-200nm的II-VI族化合物薄膜，即铜铟镓硒太阳电池缓冲层。

2.根据权利要求1所述的铜铟镓硒太阳电池缓冲层的制备方法，其特征在于：所述(3)中进泵管道和出泵管道外面包有加热套或者管道内置加热丝，热偶单元控制加热套或热丝温度，保持管道内镀液温度为50-100℃。

3.根据权利要求1所述的铜铟镓硒太阳电池缓冲层的制备方法，其特征在于：所述(1)和(2)中加热器为恒温水箱、加热板，热鼓风，红外加热器，微波加热器或者隧道加热器中一种。

4.根据权利要求1所述的铜铟镓硒太阳电池缓冲层的制备方法，其特征在于：(2)中金属箔为铜箔、不锈钢箔或钛箔中一种。

5.根据权利要求1所述的铜铟镓硒太阳电池缓冲层的制备方法，其特征在于：所述(1)中镉盐为醋酸镉，氯化镉，硫酸镉或硝酸镉中一种；锌盐为醋酸锌，氯化锌，硫酸锌或硝酸锌中一种；硫源为硫脲，硫醇，硫醚或硫代乙酸铵中一种。

6.根据权利要求2所述的铜铟镓硒太阳电池缓冲层的制备方法，其特征在于：所述加热套为红外加热套、微波加热套或者热风加热套中一种。

7.根据权利要求1所述的铜铟镓硒太阳电池缓冲层的制备方法，其特征在于：所述(3)中喷嘴为两个以上扁口喷嘴、锥口喷嘴、柱状喷嘴或高压喷嘴中的一种。