CN103022175A - 黄铜矿型薄膜太阳能电池及其制备方法 - Google Patents
黄铜矿型薄膜太阳能电池及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103022175A CN103022175A CN201110298725XA CN201110298725A CN103022175A CN 103022175 A CN103022175 A CN 103022175A CN 201110298725X A CN201110298725X A CN 201110298725XA CN 201110298725 A CN201110298725 A CN 201110298725A CN 103022175 A CN103022175 A CN 103022175A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- preparation
- electrode
- light absorbed
- key light
- 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.)
- Granted
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
- 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
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
本发明提供了一种黄铜矿型薄膜太阳能电池及其制备方法，薄膜太阳能电池包括衬底、主光吸收层、第一电极区及第二电极区；主光吸收层位于衬底上，其中第一电极区和第二电极区位于主光吸收层上，第一电极区及第二电极区间相互绝缘；第一电极区包括背电极，背电极上设有引出电流的第一外电极；第二电极区包括依次层叠的缓冲层/导电层及第二外电极，缓冲层与主光吸收层相接触。本发明的太阳能电池具有独特的设计，在使用时可以将衬底面作为受光面，不同于传统的黄铜矿型薄膜太阳能电池将衬底作为背光面，太阳光直接照射于主吸收层，使光源得到有效利用，同时从背面引出两电极，避免了受光面电极栅线对光的遮挡，同时采用两电极一面引出的结构也有利于电池模块的组装，方便电池的并联、串联。本发明的制备方法简单易实现，同时成本低，易于工艺化生产。
Description
技术领域
本发明属于光伏领域。具体而言，本发明涉及一种黄铜矿型薄膜太阳能电池及其制备方法。
背景技术
目前，商品化的太阳能电池主要包括：硅基晶片电池、薄膜太阳能电池和砷化镓基聚光太阳能电池，其中，黄铜矿型薄膜太阳能电池（铜铟镓硒、铜铟硒、铜铟镓硒硫、铜铟硫和铜铟硒硫等）薄膜太阳能电池因其生产成本低、转化效率高、弱光性能好、抗辐射能力强、无光致衰退以及可沉积在柔性基底上等特点，被国际上称为“下一时代最有前途的新型薄膜太阳能电池”。
黄铜矿型薄膜太阳能电池，主要由基底/背电极/吸收层/缓冲层/透明导电层/上电极/减反射层结构组成，太阳能电池通过从上电极或者减反射层这一面来接受太阳光进行发电，结构为正、背面两面电极的引出方式，具体结构如图3所示。背电极一般为沉积的Mo层，上电极一般采用导电浆料印刷导电栅线引出电流，但导电栅线本身具有一定的面积，遮盖了一定的受光面，太阳能电池的反应部件并没有得到完全利用，太阳能电池的光电转化效率仍没达到理想要求。
发明内容
本发明为了解决现有的黄铜矿型薄膜太阳能电池的光电转化效率仍没有达到理想要求的技术问题，提供一种开路电压和光电转化效率较高且易实现的黄铜矿型薄膜太阳能电池。
一种黄铜矿型薄膜太阳能电池包括衬底、主光吸收层、第一电极区及第二电极区；主光吸收层位于衬底上，其中第一电极区和第二电极区位于主光吸收层上，第一电极区及第二电极区间相互绝缘；第一电极区包括背电极，背电极上设有引出电流的第一外电极；第二电极区包括依次层叠的缓冲层/导电层及第二外电极，缓冲层与主光吸收层相接触。
本发明的上”、“下”等相对方位术语，表示太阳能电池各构件在图示中的相对位置关系，以便于对太阳能电池进行描述，但并不用于对这些构件在太阳能电池上的安装关系进行限定。例如“主光吸收层位于衬底上”并不代表太阳能电池使用时主光吸收层位于上方，“第一电极区和第二电极区位于主光吸收层上” 也不代表第一电极区和第二电极区位于上方。
本发明的黄铜矿型太阳能电池具有独特的设计，在使用时可以将衬底面作为受光面，不同于传统的黄铜矿型薄膜太阳能电池将衬底作为背光面，太阳光直接照射于主吸收层，使光源得到有效利用，同时从背面引出两电极，避免了受光面电极栅线对光的遮挡，同时采用两电极一面引出的结构也有利于电池模块的组装，方便电池的并联、串联。同时本发明的太阳能电池是在衬底上直接沉积主光吸收层，利于设备制作，降低对设备的要求，同时也简化电极层的工艺，降低电池成本，有利于工业化生产。
本发明进一步优选第一电极区还包括第二光吸收层，所述第二光吸收层位于主光吸收层与背电极之间，所述第二光吸收层中的载流子浓度大于主光吸收层中的载流子浓度。
本发明的发明人发现，本发明的太阳能电池结构形成p+—p—n结，较传统太阳能电池的p-n结多了一个p+层，提高了电池的开路电压及光电转化效率。
本发明的第二个目的是提供一种薄膜太阳能电池的制备方法，步骤包括：
a、清洗衬底；b、在衬底表面制备主光吸收层；c、在主光吸收层表面制备相互绝缘的第一电极区和第二电极区；制备第一电极区包括在主光吸收层表面沉积背电极；制备第二电极区包括在主光吸收层表面依次沉积缓冲层和导电层及制备第二外电极，方法简单易实现。
本发明对主光吸收层表面的第一电极区和第二电极区的制备先后顺序没有特别限制，可以是先制备第一电极区也可以是先制备第二电极区，可以是先遮盖主光吸收层表面预制备第二电极区部分后在主光吸收层表面沉积第一电极区各层，也可以是先遮盖主光吸收层表面预制备第一电极区部分后在主光吸收层表面沉积第二电极区各层，甚至可以在制备各电极区部分层之后制备另一电极区的部分层，即不一定是将第二电极区各层全部沉积后才制备第一电极区，根据实际工艺和操作来定。同时本发明的第一电极区和第二电极区之间的绝缘方式，可以采用先制备，即先烧结制备绝缘层，在主光吸收层表面隔离出预制备第一电极区和第二电极区部分，也可以采用后制备，例如沉积制备第一电极区和第二电极区各层后，采用激光切割出一条裂缝绝缘，或在裂缝中灌填绝缘物等，或直接切割绝缘等。
附图说明
图1是本发明的一种太阳能电池的结构示意图。
图2是本发明的太阳能电池组的结构示意图。
图3是传统的太阳能电池的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明的黄铜矿型薄膜太阳能电池包括衬底、主光吸收层、第一电极区及第二电极区；主光吸收层位于衬底上，其中第一电极区和第二电极区位于主光吸收层上，第一电极区及第二电极区间相互绝缘；第一电极区包括背电极，背电极上设有引出电流的第一外电极；第二电极区包括依次层叠的缓冲层/导电层及第二外电极，缓冲层与主光吸收层相接触。具有独特的设计，在使用时可以将衬底面作为受光面，提高了电池的光利用率，提高了电池的光电转化效率。
本发明进一步优选第一电极区还包括第二光吸收层，第二光吸收层位于主光吸收层与背电极之间，第二光吸收层中的载流子浓度大于主光吸收层中的载流子浓度。本发明的发明人发现，本发明的太阳能电池结构形成p+—p—n结，较传统太阳能电池的p-n结多了一个p+层，提高了电池的开路电压及光电转化效率。
优选主光吸收层选自p型铜铟镓硒层、p型铜铟硒层、p型铜铟镓硒硫层和p型铜铟硒硫层中的一种或几种；第二光吸收层选自导电的p+型铜铟镓硒层、p+型铜铟硒层、p+型铜铟镓硒硫层和p+型铜铟硒硫层中的一种或几种。其中，p型铜铟镓硒层、p型铜铟硒层、p型铜铟镓硒硫层和p型铜铟硒硫层是指流动的空穴密度超过导电的电子密度的非本征铜铟镓硒层、铜铟硒层、铜铟镓硒硫层和铜铟硒硫层，为空穴型半导体层。p+型铜铟镓硒层、p+型铜铟硒层、p+型铜铟镓硒硫层和p+型铜铟硒硫层是指载流子浓度大于p型铜铟镓硒层、p型铜铟硒层、p型铜铟镓硒硫层和p型铜铟硒硫层的半导体层，p+型铜铟镓硒层、p+型铜铟硒层、p+型铜铟镓硒硫层和p+型铜铟硒硫层中形成的空穴位多余p型半导体层。第二光吸收层中的载流子浓度为n1，主光吸收层中的载流子浓度为n2， 优选1015 cm3＜n1＜1016 cm3，1015 cm3＜n2＜1016 cm3，其中，n1＜n2即可。
优选主光吸收层选自铜铟镓硒层、铜铟硒层、铜铟镓硒硫层和铜铟硒硫层中的一种或几种；第二光吸收层选自铜铟镓硒层、铜铟硒层、铜铟镓硒硫层和铜铟硒硫层中的一种或几种，其中，第二光吸收层中的铜离子浓度和/或镓离子浓度大于主光吸收层，通过铜离子浓度和/或镓离子浓度的调节，来影响第二光吸收层中的空穴浓度，实现第二光吸收层载流子的浓度大于主光吸收层，实现p型主光吸收层和P+型第二光吸收层，从而于太阳能电池中形成p+—p—n结。
主光吸收层和第二光吸收层薄膜可以通过喷射热解法、电化学沉积法、化学沉积法、近空间气相输运法、化学气相沉积、分子束外延、反应溅射、真空蒸发法（单源、双源、三源）、金属-有机化学气相沉积等方法制备。
优选，第二光吸收层的厚度为1.5-2.0微米。进一步优化太阳能电池的性能。主光吸收层的厚度为1.5-2.0微米。
优选第一电极区与主光吸收层的接触面积与第二电极区与主光吸收层的接触面积的比为0.01-1.0，进一步优选为0.1~0.15，进一步优化太阳能电池的短路电流和开路电压。
第一电极区的厚度与第二电极区的厚度比例关系本发明没有特别限制，一般优选相近，利于装配，优选第一电极区的厚度与第二电极区的厚度相同，可以通过最后共同印刷第一外电极和第二外电极来实现，例如将绝缘层遮盖，在背电极和导电层形成的整个表面印刷导电浆料来制备或在在背电极和导电层形成的整个表面印刷导电浆料后切割绝缘来实现，方法简单易制备。
第一电极区与第二电极区可以采用多种绝缘方式绝缘，例如沉积制备第一电极区和第二电极区各层后，采用激光切割出一条裂缝绝缘，或在裂缝中灌填绝缘物等，本发明优选第一电极区与第二电极区间设置绝缘层绝缘，绝缘层可以采用印刷耐高温的不导电材料制备，绝缘层的高度及厚度一般采用与第一电极区和第二电极区中厚度较大的相同或稍高，以便于更好的绝缘，绝缘层材料可以选自氧化硅、氧化铝或氧化钛中的一种或几种。
衬底可以为本领域技术人员公知的各种衬底，例如玻璃，可以为钠钙玻璃；也可以为柔性的聚合物( 如: PET)等，并可与卷绕技术相结合大规模制备质量轻、可弯曲的电池。本发明优选为玻璃，成本较低，制作过程中能耗少，材料丰富，基底的厚度一般为2-3mm。
缓冲层本发明可以为本领域技术人员公知的各种缓冲层，例如为CdS薄膜，也可以为 ZnO、ZnS、ZnInxSey、In( OH) xSy、In( OH) 3、In2Se3 等，缓冲层厚度为40-100nm，进一步优选为50-80nm。缓冲层一般通过化学水浴法制得。
本发明的导电层主要用于引出具有半导体性质的缓冲层中的电流，因此，导电层中的材料只需导电即可，为背光面，可以采用常用的背电极常用材料，Mo层等，本发明优选导电层为透明导电层，则太阳能电池可以应用地面等反射的散射光，有利于主光吸收层的能吸收更多的光源，本发明的电池结构可以应用为两面受光发电，使光源得到充分利用，进一步提高太阳能电池的光电转化效率。透明导电层优选为i-ZnO/ Al 掺杂ZnO 双层薄膜，i-ZnO薄膜为本征ZnO薄膜，厚度为50-100nm，进一步优选为50-80nm。可以采用射频磁控溅射ZnO靶的方法制得。Al 掺杂ZnO薄膜也为AZO薄膜，也可以写成ZnO：Al，厚度为500-1500 nm，进一步优选为400-900nm。可以采用磁控溅射AZO靶材的方法制得。
第一电极区的电流引出可以采用常规的Mo背电极引出电流的方式，例如在Mo背电极的周边黏贴导电胶带或焊接导电带等，本发明优选第一外电极位于背电极上表面，导电性能更强；第一外电极与第二外电极可以相同也可以不同，均可以为本领域技术人员公知的各种电极，例如可以为Ni/Al薄膜，厚度为50/3000nm，可以采用掩膜蒸发的方法制得。也可以为直接在导电层上焊接Al带等导电带或烧结制备导电线等制成太阳能电池的电极，制备太阳能电池。
背电极优选为Mo薄膜，为太阳能电池的金属正极，厚度优选为500-1500nm，进一步优选为800-1000nm，方块电阻为0.1-0.2Ω，可以采用磁控溅射法等方法在基底上沉积得到。
本发明同时提供了一种黄铜矿型薄膜太阳能电池的制备方法，步骤包括：a、清洗衬底；b、在衬底表面制备主光吸收层；c、在主光吸收层表面制备相互绝缘的第一电极区和第二电极区；其中，制备第一电极区包括在主光吸收层表面沉积背电极；制备第二电极区包括在主光吸收层表面依次沉积缓冲层和导电层及制备第二外电极，方法简单易实现。
本发明优选步骤包括：
a、清洗衬底；
b、在衬底表面制备主光吸收层；
c、在主光吸收层表面制备相互绝缘的第一电极区和第二电极区，步骤包括：
c、在主光吸收层表面制备相互绝缘的第一电极区和第二电极区，步骤包括：
C1、绝缘层的制备：采用掩模板遮挡掩盖主光吸收层表面预制备第一电极区和预制备第二电极区部分，制备绝缘层；
C2、第二光吸收层的制备：采用掩模板遮挡掩盖主光吸收层表面预制备第二电极区部分和绝缘层，制备第二光吸收层；
C3、背电极的制备：在步骤C2制得的第二光吸收层表面制备背电极层；
C4、第一外电极的制备：在步骤C3制得的背电极层表面制备第一外电极；
C5、缓冲层的制备：采用掩模板遮挡掩盖步骤C4所得第一外电极和绝缘层，制备缓冲层；
C6、导电层的制备：在步骤C5制得的缓冲层表面制备导电层；
C7、第二外电极的制备：在步骤C6制得的透明导电层表面制备第二外电极。
或优选步骤包括：
a、清洗衬底；
b、在衬底表面制备主光吸收层；
c、在主光吸收层表面制备相互绝缘的第一电极区和第二电极区，步骤包括：
d1、绝缘层的制备：采用掩模板遮挡掩盖主光吸收层表面预制备第一电极区和预制备第二电极区部分，制备绝缘层；
d2、第二光吸收层的制备：采用掩模板遮挡掩盖主光吸收层表面预制备第二电极区部分和绝缘层，制备第二光吸收层；
d3、背电极的制备：在步骤d2制得的第二光吸收层表面制备背电极层；
d4、缓冲层的制备：采用掩模板遮挡掩盖步骤d3所得背电极和绝缘层，制备缓冲层；
d5、导电层的制备：在步骤d4制得的缓冲层表面制备导电层；
d6、第一外电极和第二外电极的制备： 采用掩模板遮挡掩盖绝缘层，在背电极表面和透明导电层表面制备第一外电极和第二外电极。
进一步优选步骤包括：
a、清洗玻璃衬底；
b、在玻璃衬底表面制备主光吸收层：在步骤a所得玻璃衬底表面采用反应共蒸镀工艺或预溅射后硒化法制备p型的铜铟硒层或铜铟镓硒层；
c、在主光吸收层表面制备相互绝缘的第一电极区和第二电极区，步骤包括：
d1、绝缘层的制备：采用掩模板遮挡掩盖主光吸收层表面预制备第一电极区和预制备第二电极区部分，用耐高温不导电材料在主光吸收层表面采用热蒸发或者电子束蒸发法，制备绝缘层；
d2、第二光吸收层的制备：采用掩模板遮挡掩盖主光吸收层表面预制备第二电极区部分和绝缘层，制备第二光吸收层；在主光吸收层表面采用反应共蒸镀工艺或预溅射后硒化法通过使Cu的相对含量高，例如使Cu的蒸发速率或溅射速率较高，制备p+型的铜铟硒层或铜铟镓硒层；
d3、背电极的制备：在步骤d2制得的第二光吸收层表面通过溅射法或电子束蒸镀法制备Mo电极层；
d4、缓冲层的制备：采用掩模板遮挡掩盖步骤d3所得背电极和绝缘层，在主光吸收层表面用化学水浴法沉积一层CdS层；
d5、透明导电层的制备：在步骤d4制得的缓冲层表面制备用磁控溅射工艺沉积i-ZnO/ Al 掺杂ZnO 双层薄膜；
d6、第一外电极和第二外电极的制备： 采用掩模板遮挡掩盖绝缘层，在背电极表面和透明导电层表面用热蒸镀工艺或电子束蒸镀一层Al电极引出层。
优选步骤包括：
a、清洗衬底；
b、在衬底表面制备主光吸收层；
c、在主光吸收层表面制备相互绝缘的第一电极区和第二电极区，步骤包括：
S1、绝缘层的制备：采用掩模板遮挡掩盖主光吸收层表面预制备第一电极区和预制备第二电极区部分，制备绝缘层；
S2、缓冲层的制备：采用掩模板遮挡掩盖主光吸收层表面预制备第一电极区部分和绝缘层，制备缓冲层；
S3、导电层的制备：在步骤S2制得的缓冲层表面制备导电层；
S4、第二外电极的制备：在步骤S3制得的透明导电层表面制备第二外电极；
S5、第二光吸收层的制备：采用掩模板遮挡掩盖步骤S4制备的第二外电极和绝缘层，制备第二光吸收层；
S6、背电极的制备：在步骤S5制得的第二光吸收层表面制备背电极层；
S7、第一外电极的制备：在步骤S6制得的背电极层表面制备第一外电极。或优选步骤包括：
a、清洗衬底；
b、在衬底表面制备主光吸收层；
c、在主光吸收层表面制备相互绝缘的第一电极区和第二电极区，步骤包括：
e1、绝缘层的制备：采用掩模板遮挡掩盖主光吸收层表面预制备第一电极区和预制备第二电极区部分，制备绝缘层；
e2、缓冲层的制备：采用掩模板遮挡掩盖主光吸收层表面预制备第一电极区部分和绝缘层，制备缓冲层；
e3、导电层的制备：在步骤e2制得的缓冲层表面制备导电层；
e4、第二光吸收层的制备：采用掩模板遮挡掩盖步骤e3制备的透明导电层和绝缘层，制备第二光吸收层；
e5、背电极的制备：在步骤e4制得的第二光吸收层表面制备背电极层；
e6、第一外电极和第二外电极的制备： 采用掩模板遮挡掩盖绝缘层，在背电极表面和透明导电层表面制备第一外电极和第二外电极。
进一步优选步骤包括：
a、清洗衬底；
b、在衬底表面制备主光吸收层，在步骤a所得玻璃衬底表面采用反应共蒸镀工艺或预溅射后硒化法制备p型的铜铟硒层或铜铟镓硒层；
c、在主光吸收层表面制备相互绝缘的第一电极区和第二电极区，步骤包括：
e1、绝缘层的制备：采用掩模板遮挡掩盖主光吸收层表面预制备第一电极区和预制备第二电极区部分，用耐高温不导电材料在主光吸收层表面采用热蒸发或者电子束蒸发法，制备绝缘层；
e2、缓冲层的制备：采用掩模板遮挡掩盖主光吸收层表面预制备第一电极区部分和绝缘层，在主光吸收层表面用化学水浴法沉积一层CdS层；
e3、透明导电层的制备：在步骤e2制得的缓冲层表面用磁控溅射工艺沉积i-ZnO/ Al 掺杂ZnO 双层薄膜；
e4、第二光吸收层的制备：采用掩模板遮挡掩盖步骤e3制备的透明导电层和绝缘层，在主光吸收层表面采用反应共蒸镀工艺或预溅射后硒化法通过使Cu的相对含量高，例如使Cu的蒸发速率或溅射速率较高，制备p+型的铜铟硒层或铜铟镓硒层；
e5、背电极的制备：在步骤e4制得的第二光吸收层表面通过溅射法或电子束蒸镀法制备Mo电极层；
e6、第一外电极和第二外电极的制备： 采用掩模板遮挡掩盖绝缘层，在背电极表面和透明导电层表面制备第一外电极和第二外电极。
其中，预制备第一电极区部分和预制备第二电极区部分分别是指主光吸收层上表面预留的准备用于沉积第一电极区各层和第二电极区各层的部分，例如预制备第一电极区和预制备第二电极区部分是指根据设计不是用来制备绝缘层的地方。
其中，清洗衬底包括用超声清洗，氩气或者氮气吹干或烘干。掩模板的形状根据其需遮盖的区域的形状进行选择和设计，不同的步骤遮盖相同的区域可以采用一个掩模板，也可以根据不同的设备采用不同的掩模板。本发明所用反应共蒸镀、预溅射、硒化、热蒸发、电子束蒸发、化学水浴、磁控溅射等设备核工艺为本领域常用设备和工艺。
下面结合具体实施例对本发明做进一步详述。
实施例1
（1）将2.2mm厚的普通钠钙玻璃1，超声清洗5min，后用氩气吹干，备用；
（2）主光吸收层2的制备，取用(1)步骤准备好的衬底玻璃1，采用反应共蒸镀工艺蒸镀Cu、In、Se，直接制备p型的CIS（铜：铟：硒=0.85:1.0:2.0）层，制备的CIS层的厚度为1.5微米；
（3）绝缘层8的制备，首先采用掩模板将不需要制备绝缘层8的位置遮挡掩盖，之后采用热蒸发工艺蒸镀氧化硅，制备绝缘层8，绝缘层8宽度为50微米，蒸镀的绝缘层8的高度为8.0微米；
（4）第二吸收层3的制备，采用掩模板将不需要沉积p+层的位置（包括绝缘层）掩盖好，采用反应共蒸镀工艺蒸镀Cu、In和Se，与步骤2不同的是调整Cu蒸发舟的蒸镀速率,制备p+型的CIS（铜：铟：硒=0.95：1.0：2.0）层，制备的CIS层的厚度为1.5微米，沉积的p+型的CIS层的面积为P型CIS层表面积的5%；
（5）Mo背电极层5的制备，将步骤（4）所得的p+型的CIS第二吸收层3放入磁控溅射设备中（将需沉积CdS缓冲层4和绝缘层8的位置用掩模板掩盖好），在第二吸收层3表面，用Mo靶溅射沉积Mo背电极5，厚度约为0.8μm；
（6）CdS缓冲层4的制备，用掩模板将步骤（5）制的Mo电极层5和绝缘层8掩盖好，用镉盐、氨水、硫脲采用化学水浴法在主光吸收层2表面制备厚度为50nmCdS缓冲层4；沉积的CdS缓冲层4的面积为P型CIS层面积的95%；
（7）AZO透明导电层6的制备，将步骤（6）所得产品放入磁控溅射设备中，采用射频磁控溅射法溅射ZnO靶制备厚度为50nm的i-ZnO层，后采用直流磁控溅射法用溅射AZO靶在i-ZnO层上制备厚度为900nm的AZO层，得i-ZnO/AZO透明导电层6；
（8）将步骤（7）所得产品，用掩模板将绝缘层8掩盖，之后用热蒸镀工艺蒸镀3微米厚的一层Al电极引出层7，去除掩模板后得第一外电极和第二外电极，即得到本发明的太阳能电池。
实施例2
（1）将2.2mm厚的普通钠钙玻璃1，超声清洗5min，后用氩气吹干，备用；
（2）主光吸收层2的制备，取用(1)步骤准备好的衬底玻璃1，采用预溅射CuIn靶和CuGa靶在玻璃上表面制备CuInGa金属预制层，之后采用固态硒源硒化法直接制备p型的CIGS（铜：铟：镓：硒=0.85：0.7：0.3：2.0层，制备的CIGS层的厚度为2.0微米；
（3）绝缘层8的制备，首先采用掩模板将不需要制备绝缘层8的位置遮挡掩盖，之后采用电子束蒸发法蒸发氧化铝，制备绝缘层8，绝缘层8在主光吸收层2表面的面积为15%，蒸镀的绝缘层8的高度为8.0微米；
（4）第二吸收层3的制备，采用掩模板将不需要沉积p+层的位置（包括绝缘层）掩盖好，采用预溅射CuIn靶和CuGa靶在玻璃上表面制备CuInGa金属预制层，调整Cu、In、Ga的溅射功率比值，保证Cu元素的浓度，之后采用固态硒源硒化法直接制备p+型的CIGS（铜：铟：镓：硒=0.95：0.7：0.3：2.0）层，制备的CIGS层的厚度为2.0微米；沉积的p+型的CIGS层的面积为主光吸收层2面积的15%；
（5）Mo背电极层5的制备，将步骤（4）所得的p+型的CIGS第二吸收层3放入磁控溅射设备中（将需沉积CdS缓冲层4和绝缘层8的位置用掩模板掩盖好），在第二吸收层3表面，用Mo靶溅射沉积Mo背电极5，厚度约为1.0μm；
（6）CdS缓冲层4的制备，用掩模板将步骤（5）制的Mo电极层5和绝缘层8掩盖好，用镉盐、氨水、硫脲采用化学水浴法在主光吸收层2表面制备厚度为70nmCdS缓冲层4；沉积的CdS缓冲层4的面积为玻璃表面积的85%；
（7）AZO透明导电层6的制备，将步骤（6）所得产品放入磁控溅射设备中，采用射频磁控溅射法溅射ZnO靶制备厚度为70nm的i-ZnO层，后采用直流磁控溅射法用溅射AZO靶在i-ZnO层上制备厚度为500nm的AZO层，得i-ZnO/AZO透明导电层6；
（8）将步骤（7）所得产品，用掩模板将绝缘层8掩盖，之后用热蒸镀工艺蒸镀3微米厚的一层Al电极引出层7，去除掩模板后得第一外电极和第二外电极，即得到本发明的太阳能电池。
实施例3
采用与实施例1相同的方法制备太阳能电池，不同的是没有步骤（4）第二吸收层的制备，直接在主光吸收层上沉积Mo背电极层。
实施例4
采用与实施例1相同的方法制备太阳能电池，不同的是步骤（4）中制备的第二吸收层的厚度为1.6微米。
实施例5
采用与实施例1相同的方法制备太阳能电池，不同的是步骤（4）中制备的第二吸收层的厚度为1.95微米。
实施例6
采用与实施例1相同的方法制备太阳能电池，不同的是步骤（4）中制备的第二吸收层的厚度为2.5微米。
实施例7
采用与实施例1相同的方法制备太阳能电池，不同的是步骤（4）中制备的第二吸收层的面积大约为主光吸收层表面积的9%，步骤（6）中沉积的CdS缓冲层的面积大约为主光吸收层表面积的91%。
实施例8
采用与实施例1相同的方法制备太阳能电池，不同的是步骤（4）中制备的第二吸收层的面积大约为主光吸收层表面积的17%，步骤（6）中沉积的CdS缓冲层的面积大约为主光吸收层表面积的83%。
实施例9
采用与实施例1相同的方法制备太阳能电池，不同的是步骤（4）中制备的第二吸收层的面积大约为主光吸收层表面积的50%，步骤（6）中沉积的CdS缓冲层的面积大约为主光吸收层表面积的50%。
实施例10
采用与实施例1相同的方法制备太阳能电池，不同的是步骤（7）将步骤（4）所得产品放入磁控溅射设备中，在CdS层表面用Mo靶溅射沉积Mo导电层，厚度约为950nm。
对比例
（1）将2.2mm厚的普通钠钙玻璃1′，超声清洗5min，后用氩气吹干，备用；
（2）将清洗干净的钠钙玻璃1′放入真空溅射设备中，在钠钙玻璃一表面，用Mo靶溅射沉积Mo背电极5′，厚度约为0.8μm；
（3）在步骤（2）所得Mo背电极5′表面采用反应共蒸镀工艺蒸镀Cu、In、Se，直接制备p型的CIS（铜：铟：硒=0.85:1.0:2.0）层2′，制备的CIS层2′的厚度为1.5微米；
（4）CdS缓冲层4′的制备，用镉盐、氨水、硫脲采用化学水浴法在主光吸收层2′表面制备厚度为50nmCdS缓冲层4′；
（5）AZO透明导电层6′的制备，将步骤（4）所得产品放入磁控溅射设备中，采用射频磁控溅射法溅射ZnO靶制备厚度为50nm的i-ZnO层，后采用直流磁控溅射法用溅射AZO靶在i-ZnO层上制备厚度为900nm的AZO层，得i-ZnO/AZO透明导电层6′；
（6）在步骤（5）所得的AZO透明导电层6′表面，用热蒸镀工艺蒸镀3微米厚的一层Al电极引出层7′，即得到传统的太阳能电池。
性能测试
采用博格单电池测试机测试实施例1-10及对比例1制备的面积为1.0cm2太阳能电池的开路电压、短路电流和光电转化效率，测试结果如表1。
表1
| 太阳能电池 | 开路电压VOC(mV) | 短路电流JSC(mA/cm2) | 光电转化效率η(%) |
| 实施例1 | 520 | 32 | 10% |
| 实施例2 | 580 | 30 | 11.5% |
| 实施例3 | 486 | 27 | 8.7% |
| 实施例4 | 517 | 31.5 | 9.7% |
| 实施例5 | 515 | 30.6 | 9.4% |
| 实施例6 | 515 | 30.1 | 9.2% |
| 实施例7 | 518 | 33 | 10.2% |
| 实施例8 | 515 | 33.8 | 10.2% |
| 实施例9 | 519 | 28.0 | 9.15% |
| 实施例10 | 515 | 27 | 8.9% |
| 对比例1 | 485 | 27 | 8.5% |
本发明制备的太阳能电池的开路电压和光电转化效率均很高。同时如图2所示，本发明的太阳能电池的结构，易于太阳能电池的串并联。
本领域技术人员容易知道，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围由权利要求书确定。
Claims (21)
1.一种黄铜矿型薄膜太阳能电池 ，其特征在于， 包括衬底、主光吸收层、第一电极区及第二电极区；所述主光吸收层位于衬底上，
所述第一电极区和第二电极区位于主光吸收层上，所述第一电极区及第二电极区间相互绝缘；
所述第一电极区包括背电极，背电极上设有引出电流的第一外电极；
所述第二电极区包括依次层叠的缓冲层/导电层及第二外电极，所述缓冲层与主光吸收层相接触。
2.根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，所述第一电极区还包括第二光吸收层，所述第二光吸收层位于主光吸收层与背电极之间，所述第二光吸收层中的载流子浓度大于主光吸收层中的载流子浓度。
3.根据权利要求2所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，所述主光吸收层选自P型铜铟镓硒层、P型铜铟硒层、P型铜铟镓硒硫层、P型铜铟硫层和P型铜铟硒硫层中的一种或几种；
所述第二光吸收层选自P+型铜铟镓硒层、P+型铜铟硒层、P+型铜铟镓硒硫层、P+型铜铟硫层和P+型铜铟硒硫层中的一种或几种。
4.根据权利要求3所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，所述主光吸收层选自铜铟镓硒层、铜铟硒层、铜铟镓硒硫层、铜铟硒硫层和铜铟硫层中的一种或几种；
所述第二光吸收层选自铜铟镓硒层、铜铟硒层、铜铟镓硒硫层、铜铟硒硫层和铜铟硫层中的一种或几种，所述第二光吸收层中的铜离子浓度大于主光吸收层中的铜离子浓度。
5.根据权利要求2所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，所述第二光吸收层的厚度为1.0-2.5微米。
6.根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，所述第一电极区与主光吸收层的接触面积与第二电极区与主光吸收层的接触面积的比为0.01-1.0。
7.根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，所述第一电极区的厚度与第二电极区的厚度相同。
8.根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，所述第一电极区与第二电极区间设置绝缘层绝缘，所述绝缘层材料选自氧化硅、氧化铝或氧化钛中的一种或几种。
9.根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，所述衬底为玻璃，所述主光吸收层的厚度为1.0-2.5微米。
10.根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，所述缓冲层为CdS薄膜，厚度为30-100nm。
11.根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，所述导电层为透明导电层。
12.根据权利要求11所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，所述透明导电层为i-ZnO/ Al 掺杂ZnO 双层薄膜，i-ZnO厚度为0.05-0.1微米，Al 掺杂ZnO厚度为0.5-1.5微米。
13.根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，所述第一外电极位于背电极上表面；所述第一外电极为Ni/Al薄膜，厚度为1.0-5.0微米；所述第二外电极为Ni/Al薄膜，厚度为1.0-5.0微米。
14.根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，所述背电极为Mo薄膜，厚度为0.5-1.5微米。
15.一种黄铜矿型薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤包括：
a、清洗衬底；
b、在衬底表面制备主光吸收层；
c、在主光吸收层表面制备相互绝缘的第一电极区和第二电极区；
制备第一电极区包括在主光吸收层表面沉积背电极；
制备第二电极区包括在主光吸收层表面依次沉积缓冲层和导电层及制备第二外电极。
16.根据权利要求15所述的制备方法，其特征在于，步骤包括：
a、清洗衬底；
b、在衬底表面制备主光吸收层；
c、在主光吸收层表面制备相互绝缘的第一电极区和第二电极区，步骤包括：
C1、绝缘层的制备：采用掩模板遮挡掩盖主光吸收层表面预制备第一电极区和预制备第二电极区部分，制备绝缘层；
C2、第二光吸收层的制备：采用掩模板遮挡掩盖主光吸收层表面预制备第二电极区部分和绝缘层，制备第二光吸收层；
C3、背电极的制备：在步骤C2制得的第二光吸收层表面制备背电极层；
C4、第一外电极的制备：在步骤C3制得的背电极层表面制备第一外电极；
C5、缓冲层的制备：采用掩模板遮挡掩盖步骤C4所得第一外电极和绝缘层，制备缓冲层；
C6、导电层的制备：在步骤C5制得的缓冲层表面制备导电层；
C7、第二外电极的制备：在步骤C6制得的透明导电层表面制备第二外电极。
17.根据权利要求15所述的制备方法，其特征在于，步骤包括：
a、清洗衬底；
b、在衬底表面制备主光吸收层；
c、在主光吸收层表面制备相互绝缘的第一电极区和第二电极区，步骤包括：
d1、绝缘层的制备：采用掩模板遮挡掩盖主光吸收层表面预制备第一电极区和预制备第二电极区部分，制备绝缘层；
d2、第二光吸收层的制备：采用掩模板遮挡掩盖主光吸收层表面预制备第二电极区部分和绝缘层，制备第二光吸收层；
d3、背电极的制备：在步骤d2制得的第二光吸收层表面制备背电极层；
d4、缓冲层的制备：采用掩模板遮挡掩盖步骤d3所得背电极和绝缘层，制备缓冲层；
d5、导电层的制备：在步骤d4制得的缓冲层表面制备导电层；
d6、第一外电极和第二外电极的制备： 采用掩模板遮挡掩盖绝缘层，在背电极表面和透明导电层表面制备第一外电极和第二外电极。
18.根据权利要求17所述的制备方法，其特征在于，步骤包括：
a、清洗玻璃衬底；
b、在玻璃衬底表面制备主光吸收层：在步骤a所得玻璃衬底表面采用反应共蒸镀工艺或预溅射后硒化法制备p型的铜铟硒层或铜铟镓硒层；
c、在主光吸收层表面制备相互绝缘的第一电极区和第二电极区，步骤包括：
d1、绝缘层的制备：采用掩模板遮挡掩盖主光吸收层表面预制备第一电极区和预制备第二电极区部分，用耐高温不导电材料在主光吸收层表面采用热蒸发或者电子束蒸发法，制备绝缘层；
d2、第二光吸收层的制备：采用掩模板遮挡掩盖主光吸收层表面预制备第二电极区部分和绝缘层，制备第二光吸收层；在主光吸收层表面采用反应共蒸镀工艺或预溅射后硒化法通过使Cu的相对含量高，制备p+型的铜铟硒层或铜铟镓硒层；
d3、背电极的制备：在步骤d2制得的第二光吸收层表面通过溅射法或电子束蒸镀法制备Mo电极层；
d4、缓冲层的制备：采用掩模板遮挡掩盖步骤d3所得背电极和绝缘层，在主光吸收层表面用化学水浴法沉积一层CdS层；
d5、透明导电层的制备：在步骤d4制得的缓冲层表面制备用磁控溅射工艺沉积i-ZnO/ Al 掺杂ZnO 双层薄膜；
d6、第一外电极和第二外电极的制备： 采用掩模板遮挡掩盖绝缘层，在背电极表面和透明导电层表面用热蒸镀工艺或电子束蒸镀一层Al电极引出层。
19.根据权利要求15所述的制备方法，其特征在于，步骤包括：
a、清洗衬底；
b、在衬底表面制备主光吸收层；
c、在主光吸收层表面制备相互绝缘的第一电极区和第二电极区，步骤包括：
S1、绝缘层的制备：采用掩模板遮挡掩盖主光吸收层表面预制备第一电极区和预制备第二电极区部分，制备绝缘层；
S2、缓冲层的制备：采用掩模板遮挡掩盖主光吸收层表面预制备第一电极区部分和绝缘层，制备缓冲层；
S3、导电层的制备：在步骤S2制得的缓冲层表面制备导电层；
S4、第二外电极的制备：在步骤S3制得的透明导电层表面制备第二外电极；
S5、第二光吸收层的制备：采用掩模板遮挡掩盖步骤S4制备的第二外电极和绝缘层，制备第二光吸收层；
S6、背电极的制备：在步骤S5制得的第二光吸收层表面制备背电极层；
S7、第一外电极的制备：在步骤S6制得的背电极层表面制备第一外电极。
20.根据权利要求15所述的制备方法，其特征在于，步骤包括：
a、清洗衬底；
b、在衬底表面制备主光吸收层；
c、在主光吸收层表面制备相互绝缘的第一电极区和第二电极区，步骤包括：
e1、绝缘层的制备：采用掩模板遮挡掩盖主光吸收层表面预制备第一电极区和预制备第二电极区部分，制备绝缘层；
e2、缓冲层的制备：采用掩模板遮挡掩盖主光吸收层表面预制备第一电极区部分和绝缘层，制备缓冲层；
e3、导电层的制备：在步骤e2制得的缓冲层表面制备导电层；
e4、第二光吸收层的制备：采用掩模板遮挡掩盖步骤e3制备的透明导电层和绝缘层，制备第二光吸收层；
e5、背电极的制备：在步骤e4制得的第二光吸收层表面制备背电极层；
e6、第一外电极和第二外电极的制备： 采用掩模板遮挡掩盖绝缘层，在背电极表面和透明导电层表面制备第一外电极和第二外电极。
21.根据权利要求20所述的制备方法，其特征在于，步骤包括：
a、清洗衬底；
b、在衬底表面制备主光吸收层，在步骤a所得玻璃衬底表面采用反应共蒸镀工艺或预溅射后硒化法制备p型的铜铟硒层或铜铟镓硒层；
c、在主光吸收层表面制备相互绝缘的第一电极区和第二电极区，步骤包括：
e1、绝缘层的制备：采用掩模板遮挡掩盖主光吸收层表面预制备第一电极区和预制备第二电极区部分，用耐高温不导电材料在主光吸收层表面采用热蒸发或者电子束蒸发法，制备绝缘层；
e2、缓冲层的制备：采用掩模板遮挡掩盖主光吸收层表面预制备第一电极区部分和绝缘层，在主光吸收层表面用化学水浴法沉积一层CdS层；
e3、透明导电层的制备：在步骤e2制得的缓冲层表面用磁控溅射工艺沉积i-ZnO/ Al 掺杂ZnO 双层薄膜；
e4、第二光吸收层的制备：采用掩模板遮挡掩盖步骤e3制备的透明导电层和绝缘层，在主光吸收层表面采用反应共蒸镀工艺或预溅射后硒化法通过使Cu的相对含量高，制备p+型的铜铟硒层或铜铟镓硒层；
e5、背电极的制备：在步骤e4制得的第二光吸收层表面通过溅射法或电子束蒸镀法制备Mo电极层；
e6、第一外电极和第二外电极的制备： 采用掩模板遮挡掩盖绝缘层，在背电极表面和透明导电层表面制备第一外电极和第二外电极。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201110298725.XA CN103022175B (zh) | 2011-09-28 | 2011-09-28 | 黄铜矿型薄膜太阳能电池及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201110298725.XA CN103022175B (zh) | 2011-09-28 | 2011-09-28 | 黄铜矿型薄膜太阳能电池及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103022175A true CN103022175A (zh) | 2013-04-03 |
| CN103022175B CN103022175B (zh) | 2015-08-26 |
Family
ID=47970538
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201110298725.XA Active CN103022175B (zh) | 2011-09-28 | 2011-09-28 | 黄铜矿型薄膜太阳能电池及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103022175B (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104282781A (zh) * | 2013-07-01 | 2015-01-14 | 台积太阳能股份有限公司 | 太阳能电池吸收薄膜及其制造方法 |
| CN109065648A (zh) * | 2018-08-03 | 2018-12-21 | 黑龙江华夏易能新能源科技有限公司 | 一种太阳能电池及其制备方法 |
| CN111373498A (zh) * | 2017-12-21 | 2020-07-03 | 埃塞格制造有限公司 | 太阳能电池及其制备方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100456502C (zh) * | 2004-04-09 | 2009-01-28 | 本田技研工业株式会社 | 黄铜矿型薄膜太阳能电池用光吸收层的制造方法 |
-
2011
- 2011-09-28 CN CN201110298725.XA patent/CN103022175B/zh active Active
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104282781A (zh) * | 2013-07-01 | 2015-01-14 | 台积太阳能股份有限公司 | 太阳能电池吸收薄膜及其制造方法 |
| CN111373498A (zh) * | 2017-12-21 | 2020-07-03 | 埃塞格制造有限公司 | 太阳能电池及其制备方法 |
| CN111373498B (zh) * | 2017-12-21 | 2021-07-23 | 埃塞格制造有限公司 | 太阳能电池及其制备方法 |
| CN109065648A (zh) * | 2018-08-03 | 2018-12-21 | 黑龙江华夏易能新能源科技有限公司 | 一种太阳能电池及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103022175B (zh) | 2015-08-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101372536B1 (ko) | 탠덤형 박막 태양전지 및 그의 제조방법 | |
| US9812593B2 (en) | Solar cell and preparing method of the same | |
| CN103077980B (zh) | 一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池及其制备方法 | |
| US20110024793A1 (en) | Bulk heterojunction solar cell and method of manufacturing the same | |
| CN102054897A (zh) | 多元素合金单一靶材制备薄膜太阳能电池的方法 | |
| CN106129146A (zh) | 一种以黑磷烯作为导电材料的硒化锑薄膜太阳能电池及其制备方法 | |
| CN102484115B (zh) | 太阳能电池设备 | |
| CN103474488A (zh) | 一种薄膜太阳能电池及其制备方法 | |
| US9379266B2 (en) | Solar cell module and method of fabricating the same | |
| US9966482B2 (en) | Solar cell module and preparing method of the same | |
| CN103985778A (zh) | 具有选择性发射极的异质结太阳能电池及其制备方法 | |
| CN102956722B (zh) | 一种薄膜太阳能电池 | |
| CN103022175B (zh) | 黄铜矿型薄膜太阳能电池及其制备方法 | |
| US20140326290A1 (en) | Solar cell and solar cell module | |
| CN101393942B (zh) | 多晶硅-碳化硅叠层薄膜太阳能电池 | |
| US9748424B2 (en) | Solar cell and preparing method of the same | |
| CN108172645A (zh) | 一种CIGS/CdTe叠层太阳能电池及其制作方法 | |
| US9287421B2 (en) | Solar cell module and method of fabricating the same | |
| US20150027526A1 (en) | Solar cell module and method of fabricating the same | |
| Nakada et al. | Chalcopyrite thin-film tandem solar cells with 1.5 V open-circuit-voltage | |
| CN208570618U (zh) | 一种太阳能电池 | |
| US9966485B2 (en) | Solar cell and method of fabricating the same | |
| CN101908569B (zh) | 一种太阳能电池 | |
| CN101908568A (zh) | 一种薄膜光伏太阳能电池 | |
| CN203445135U (zh) | 一种薄膜太阳能电池 |
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 |