CN103165696B - 太阳能电池吸收层薄膜结构及其制造方法 - Google Patents

太阳能电池吸收层薄膜结构及其制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103165696B
CN103165696B CN201210397509.5A CN201210397509A CN103165696B CN 103165696 B CN103165696 B CN 103165696B CN 201210397509 A CN201210397509 A CN 201210397509A CN 103165696 B CN103165696 B CN 103165696B
Authority
CN
China
Prior art keywords
thin layer
layer
evaporation
thin
membrane structure
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
CN201210397509.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103165696A (zh
Inventor
谢祥渊
李洁
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.)
GUANGDONG GOLD PV ENERGY INVESTMENT CO Ltd
Original Assignee
GUANGDONG GOLD PV ENERGY INVESTMENT CO Ltd
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 GUANGDONG GOLD PV ENERGY INVESTMENT CO Ltd filed Critical GUANGDONG GOLD PV ENERGY INVESTMENT CO Ltd
Priority to CN201210397509.5A priority Critical patent/CN103165696B/zh
Publication of CN103165696A publication Critical patent/CN103165696A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103165696B publication Critical patent/CN103165696B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

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

  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

本发明提供一种太阳能电池吸收层薄膜结构及其制造方法，所述薄膜结构包括叠置的三个薄膜层；其中一个薄膜层是CuInSe2薄膜层；另外一个薄膜层是CuInGaSe2薄膜层、CuInAlSe2薄膜层或者CuInBSe2薄膜层；余下一个薄膜层是CuInS2薄膜层或者CuInGaS2薄膜层。本发明也可以由上述三个薄膜层中的任意两个叠置而成。本发明提供的铜铟镓硒太阳能电池吸收层薄膜结构，其与单层结构的铜铟镓硒太阳能电池吸收层薄膜结构相比较，不仅具有较佳的能隙宽度，又避免了光的吸收范围减少，大大提高了太阳能电池吸收太阳能的效率。

Description

太阳能电池吸收层薄膜结构及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种铜铟镓硒太阳能电池吸收层的结构以及加工方法。
背景技术
普通的铜铟镓硒太阳能电池吸收层薄膜为单层结构，仅具有单一的能隙宽度，这样制成的太阳能电池的开路电压较小，电池效率较低。
为了充分吸收太阳光的能量，有人想到选择具有不同禁止能隙宽度的化合物半导体材料进行叠加，形成高效率的叠层太阳能电池。
为了制造叠层太阳能电池，现有技术如申请号为CN200910006531.0、发明名称为“铜铟镓硒太阳能电池、其吸收层薄膜及该薄膜的制备方法、设备”的发明专利所提供的制备方法，第一步先沉积铜、铟、镓三元金属薄膜，再蒸镀上一层硒薄膜形成纳米量级的铜铟镓硒薄膜结构，Se蒸镀源的温度为260～300℃，重复上述步骤10～50次；第二步再将叠加起来的铜铟镓硒吸收层薄膜做快速退火处理，即得到微米量级的多晶铜铟镓硒薄膜。
另一现有技术则如申请号为CN201010288543.X、发明名称为“具有黄铜矿结构、高光吸收系数的CIGS薄膜材料及制备方法”的发明专利，其公开了一种具有黄铜矿结构和高光吸收系数的CIGS薄膜材料及其制备方法，该薄膜材料具有化学式结构为CuInxGa(1-x)Se2，其中，0.5＜X＜1。方法包括下述步骤：1)采用溶剂超声波清洗玻璃基板5-30min后，在50-150℃烘干20-60min，待用；2)将步骤1)得到的玻璃基板置于真空室内抽真空，当真空度为(1～9)×10-4Pa时，开始依次真空蒸镀Se、In、Ga、Cu四层薄膜；3)将真空蒸镀后的玻璃基板进行热处理，于热处理温度为200～400℃、真空度为(1～9)×10-4Pa的环境下加热30min～2h；即制得具有黄铜矿结构和高光吸收系数的CIGS薄膜材料。
上述已公开的专利技术，虽均采用了蒸镀方法得到CIGS薄膜材料，但却均需要后续的热处理步骤才能得到最终的成品，而后续热处理温度偏高，不仅会使Se再次蒸发，让部份Se挥发，使先前镀上的硒比例减少，如此一来该薄膜长晶的晶粒远小于1um或无法成长成多晶的铜铟镓硒薄膜，而且使叠层结构被破坏，无法形成真正的叠层结构铜铟镓硒薄膜。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于：提供一种太阳能电池吸收层薄膜结构，解决现有叠层太阳能电池随着能隙宽度的增加，光的吸收范围减少了的问题。
针对现有技术的不足，本发明的目的还在于：提供一种太阳能电池吸收层薄膜结构的制造方法，解决现有方法无法得到真正叠层结构的太阳能电池吸收层的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案包括：
一种太阳能电池吸收层薄膜结构，其特征在于：包括依次叠置的第一薄膜层与第二薄膜层，所述第一薄膜层是CuInSe2薄膜层；所述第二薄膜层是CuInGaSe2薄膜层、CuInAlSe2薄膜层或者CuInBSe2薄膜层。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案还包括：
一种太阳能电池吸收层薄膜结构，其特征在于：包括依次叠置的第一薄膜层与第二薄膜层，所述第一薄膜层是CuInSe2薄膜层；所述第二薄膜层是CuInS2薄膜层或者CuInGaS2薄膜层。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案还包括：
一种太阳能电池吸收层薄膜结构，其特征在于：包括依次叠置的第一薄膜层与第二薄膜层，所述第一薄膜层是CuInGaSe2薄膜层、CuInAlSe2薄膜层或者CuInBSe2薄膜层；所述第二薄膜层是CuInS2薄膜层或者CuInGaS2薄膜层。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案还包括：
一种制造上述太阳能电池吸收层薄膜结构的方法，其特征在于：先在基板上蒸镀形成所述第一薄膜层，然后在所述第一薄膜层上蒸镀形成所述第二薄膜层，得到所述太阳能电池吸收层薄膜结构。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案还包括：
一种太阳能电池吸收层薄膜结构，其特征在于：包括叠置的三个薄膜层；
其中一个薄膜层是CuInSe2薄膜层；
另外一个薄膜层是CuInGaSe2薄膜层、CuInAlSe2薄膜层或者CuInBSe2薄膜层；
余下一个薄膜层是CuInS2薄膜层或者CuInGaS2薄膜层。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案还包括：
为实现上述目的，本发明采用的技术方案还包括：
一种制造上述太阳能电池吸收层薄膜结构的方法，其特征在于：在基板上依次蒸镀形成所述三个薄膜层。
本发明与单层结构的铜铟镓硒太阳能电池吸收层薄膜结构相比较，不仅具有较佳的能隙宽度，又避免了光的吸收范围减少，大大提高了太阳能电池吸收太阳能的效率。
附图说明
图1是本发明提供的铜铟镓硒太阳能电池吸收层薄膜结构的第一实施例；
图2是本发明提供的铜铟镓硒太阳能电池吸收层薄膜结构的第二实施例；
图3是本发明提供的铜铟镓硒太阳能电池吸收层薄膜结构的第三实施例；
图4是本发明提供的铜铟镓硒太阳能电池吸收层薄膜结构的第四实施例；
图5是本发明提供的铜铟镓硒太阳能电池吸收层薄膜结构的第五实施例；
图6是本发明提供的铜铟镓硒太阳能电池吸收层薄膜结构的第六实施例。
具体实施方式
以下，将结合附图，说明本发明所提供的铜铟镓硒太阳能电池吸收层薄膜结构的结构特点以及形成方法。
所述的铜铟镓硒太阳能电池吸收层薄膜结构，如图1所示，包括依次叠置的CuInSe2薄膜层、CuInGaSe2薄膜层（或者CuInAlSe2薄膜层、或者CuInBSe2薄膜层）以及CuInS2薄膜层（或者CuInGaS2薄膜层），至于所述吸收层薄膜两侧所需设置的缓冲、导电、电极层和基板，均与现有技术无异，因此在附图中没有绘制出来。
而所述铜铟镓硒太阳能电池吸收层薄膜结构的制造方法包括如下步骤：
步骤1、制备所述CuInSe2薄膜层，其又包括如下步骤：
1.1、In+Se2共蒸镀
利用高纯度（3N-5N，99.9%--99.999%）的In靶材和Se靶材作为独立的源材料，在电子束或电阻加热作用下，在300℃-400℃的Se蒸气中蒸发In和Se，通过控制各自的蒸发速率、蒸发量、均匀度、温度、湿度、洁净度、载气流量……等参数，在具有Mo镀层的基板上形成In2Se3。Se的熔点是221℃，In的熔点是156.76℃，故加热后In会先熔解，Se后熔解。所述基板的材质可选玻璃、不锈钢板、钛金属板或高分子聚合物板。
当然，上述步骤1.1中相互独立的In靶材和Se靶材，也可以用预制的有确定混合比例的In、Se混合靶材来取代，这样的话，不用特意控制蒸发速率也可以得到In2Se3。
1.2、Cu+Se2共蒸镀
利用高纯度的Cu靶材和Se靶材作为独立的源材料，在基板温度为400℃-550℃的情况下，在电子束或电阻加热作用下，在Se蒸气中蒸发Cu，通过控制各自的蒸发速率、蒸发量、均匀度、温度、湿度、洁净度、载气流量……等参数，使所述In2Se3成为富Cu的CuxIn2Se3薄膜（其中，x=0.6~0.7）。
1.3、In+Se2共蒸镀
由于In的熔点为156℃，所以在上述步骤时会损失一些In，因此本步骤中用于补充一些In的含量。其是利用高纯度的In靶材和Se靶材作为独立的源材料，在基板温度为350℃-450℃的条件下，在电子束或电阻加热作用下，在Se蒸气中再蒸发微量的In和Se（例如In 0.3~0.5mol，Se 0.5~1.0mol），使所述CuxIn2Se3薄膜中的各元素比例进行适度调整，以控制多晶薄膜的导电类型和载流子浓度。
1.4、通过上述步骤即可制得三元化合物半导体CuaInbSe2薄膜层，其中：b>a，0<a<1，0<b<1，其能隙宽度约为1.03eV~1.05eV。
步骤2、制备所述CuInGaSe2薄膜层（或者CuInAlSe2薄膜层、或者CuInBSe2薄膜层）包括如下步骤：
2.1、In+Ga+Se2蒸镀
利用利用高纯度的In靶材、Ga靶材和Se靶材作为独立的源材料，在电子束或电阻加热作用下，在300℃-400℃的Se蒸气中先后蒸发In和Ga，通过控制各自的蒸发速率等参数，在所述三元化合物半导体CuaInbSe2薄膜层上形成In2Se3和Ga2Se3。
2.2、Cu+Se2共蒸镀
利用高纯度的Cu靶材和Se靶材作为独立的源材料，在电子束或电阻加热作用下，在基板温度400℃-550℃的条件下，在Se蒸气中蒸发Cu，使所述In2Se3和Ga2Se3结合为富Cu的CuInGaSe2薄膜。
2.3、In+Ga+Se2共蒸镀（In+Al+Se2共蒸镀或In+B+Se2共蒸镀）
利用高纯度的In靶材、Ga靶材和Se靶材作为独立的源材料，在电子束或电阻加热作用下，在基板温度400℃-600℃的条件下，在Se蒸气中再蒸发微量的In和Ga，调节所述CuInGaSe2薄膜的元素摩尔比，以控制CuInGaSe2薄膜的导电类型和载流子浓度。所述CuInSe2多晶薄膜表面Ga的梯度分布，可以提高电池的开路电压。
上述步骤2.3中，Ga靶材若被Al靶材或者B靶材所取代，即形成所述CuaInbAl1-bSe2或者所述CuaInbB 1-bSe2。
2.4、如此，即在所述三元化合物半导体CuaInbSe2上形成CuaInbGa1-bSe2薄膜层（或者CuaInbAl1-bSe2薄膜层，或者CuaInbB1-bSe2薄膜层），其中：b>a，0<a<1，0<b<1，其能隙宽度均介于1.02~1.68eV之间，视Ga、Al或B的浓度不同而变化。
步骤3、在所述CuaInbGa1-bSe2薄膜层上制备所述CuInS2薄膜层（或者CuInGaS2薄膜层）包括如下步骤：
3.1、In+Ga（可省略）+S2共蒸镀
利用高纯度的In靶材、Ga靶材（可省略）和S靶材作为独立的源材料，在电子束或电阻加热作用下，在300℃-400℃的S蒸气中先后蒸发In和Ga，通过控制各自的蒸发速率等参数，在所述CuaInbGa1-bSe2薄膜上形成In2S3和Ga2S3。
另外，上述步骤3.1中的Ga若省略，则仅得到In2S3。
3.2、Cu+S2共蒸镀
利用高纯度的Cu靶材和S靶材作为独立的源材料，在电子束或电阻加热作用下，在基板温度400℃-550℃的条件下，在S蒸气中蒸发Cu，使所述In2S3和Ga2S3成为富Cu的CuInGaS薄膜。
另外，上述步骤3.1中的Ga若省略，则此处仅得到CuInS薄膜。
3.3、In+Ga（可省略）+S2共蒸镀
利用高纯度的In靶材、Ga靶材和S靶材作为独立的源材料，在电子束或电阻加热作用下，在基板温度400℃-600℃的条件下，在S蒸气中再蒸发微量的In和Ga，形成CuInGaS薄膜。通过控制S靶材的蒸发速率，可以控制CuInGaS薄膜的导电类型和载流子浓度。所述CuInGaS薄膜表面Ga的梯度分布，可以提高电池的开路电压。
另外，若上述步骤3.1中的Ga省略，则此处仅得到CuInS2薄膜。
3.4、如此，制得CuaInbS2薄膜层或者CuaInbGaSe薄膜层，其中0<a<1，0<b<1，其能隙宽度约为1.5eV。
步骤4：如此，即完成铜铟镓硒太阳能电池吸收层薄膜结构的制备。
本发明提供的铜铟镓硒太阳能电池吸收层薄膜结构，其与单层结构的铜铟镓硒太阳能电池吸收层薄膜结构相比较，不仅具有较佳的能隙宽度，又避免了光的吸收范围减少，大大提高了太阳能电池吸收太阳能的效率。
本领域技术人员在上述实施例的基础上还可以做出各种等效变化，例如，所述铜铟镓硒太阳能电池吸收层薄膜结构，其CuInSe2薄膜层、CuInGaSe2薄膜层（或者CuInAlSe2薄膜层、或者CuInBSe2薄膜层）以及CuInS2薄膜层（或者CuInGaS2薄膜层），三个薄膜层之间的相对位置关系可以随意变换，具体组合方式请参阅图2、图3所示。
而且，所述铜铟镓硒太阳能电池吸收层薄膜结构，也可以仅包括：CuInSe2薄膜层、CuInGaSe2薄膜层（或者CuInAlSe2薄膜层、或者CuInBSe2薄膜层）以及CuInS2薄膜层（或者CuInGaS2薄膜层）中的任意两个薄膜层，所述两个薄膜层的具体组合方式请参阅图4、图5、图6所示。
以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可做出许多修改、变化或等效，但都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种太阳能电池吸收层薄膜结构的制造方法，其特征在于：在基板上依次蒸镀形成三个薄膜层，所述三个薄膜层叠置：
其中一个薄膜层是CuInSe2薄膜层；
另外一个薄膜层是CuInGaSe2薄膜层、CuInAlSe2薄膜层或者CuInBSe2薄膜层；
余下一个薄膜层是CuInS2薄膜层或者CuInGaS2薄膜层；
制备所述CuInSe2薄膜层，其包括如下步骤：
1.1、In+Se2共蒸镀；
1.2、Cu+Se2共蒸镀；
1.3、In+Se2共蒸镀；
1.4、通过上述步骤即可制得CuaInbSe2薄膜层，其中：b>a，0<a<1，0<b<1，其能隙宽度为1.03eV～1.05eV；
制备所述CuInGaSe2薄膜层或者CuInAlSe2薄膜层或者CuInBSe2薄膜层，包括如下步骤：
2.1、In+Ga+Se2蒸镀；
2.2、Cu+Se2共蒸镀；
2.3、In+Ga+Se2共蒸镀、In+Al+Se2共蒸镀或In+B+Se2共蒸镀；
2.4、如此，形成CuaInbGa1-bSe2薄膜层、或者CuaInbAl1-bSe2薄膜层、或者CuaInbB1-bSe2薄膜层，其中：b>a，0<a<1，0<b<1，其能隙宽度均介于1.02～1.68eV之间；
制备所述CuInS2薄膜层或者CuInGaS2薄膜层，包括如下步骤：
3.1、In+S2共蒸镀或In+Ga+S2共蒸镀；
3.2、Cu+S2共蒸镀；
3.3、In+S2共蒸镀或In+Ga+S2共蒸镀；
3.4、如此，制得CuaInbS2薄膜层或者CuaInbGaSe薄膜层，其中0<a<1，0<b<1，其能隙宽度为1.5eV。
CN201210397509.5A 2012-10-17 2012-10-17 太阳能电池吸收层薄膜结构及其制造方法 Expired - Fee Related CN103165696B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210397509.5A CN103165696B (zh) 2012-10-17 2012-10-17 太阳能电池吸收层薄膜结构及其制造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210397509.5A CN103165696B (zh) 2012-10-17 2012-10-17 太阳能电池吸收层薄膜结构及其制造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103165696A CN103165696A (zh) 2013-06-19
CN103165696B true CN103165696B (zh) 2015-07-29

Family

ID=48588623

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201210397509.5A Expired - Fee Related CN103165696B (zh) 2012-10-17 2012-10-17 太阳能电池吸收层薄膜结构及其制造方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103165696B (zh)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101099243A (zh) * 2005-01-12 2008-01-02 银太阳科技发展公司 太阳能电池用光吸收层及其制备方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100495924B1 (ko) * 2003-07-26 2005-06-16 (주)인솔라텍 태양전지 흡수층의 제조 방법
TW201123467A (en) * 2009-12-22 2011-07-01 Nat Univ Chin Yi Technology Structure and preparation of CIGS-based solar cells using an anodized substrate with an alkali metal precursor

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101099243A (zh) * 2005-01-12 2008-01-02 银太阳科技发展公司 太阳能电池用光吸收层及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN103165696A (zh) 2013-06-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Li et al. Cation substitution in earth‐abundant kesterite photovoltaic materials
Fu et al. Improving the performance of solution-processed Cu2ZnSn (S, Se) 4 photovoltaic materials by Cd2+ substitution
TWI520366B (zh) 用於大規模ｃｉｇｓ基薄膜光伏材料的艙內摻雜鈉的方法和系統
Jo et al. 8% Efficiency Cu2ZnSn (S, Se) 4 (CZTSSe) thin film solar cells on flexible and lightweight molybdenum foil substrates
CN102652368B (zh) 太阳能电池中使用的Cu-In-Zn-Sn-(Se,S)基薄膜及其制造方法
US20110083743A1 (en) Photoelectric conversion device, method for producing the same, and solar battery
US20120180870A1 (en) Photoelectric conversion device, method for producing the same, and solar battery
Sajeesh et al. Role of pH of precursor solution in taming the material properties of spray pyrolysed SnS thin films
Fu et al. Thin film solar cells based on Ag-substituted CuSbS2 absorber
CN102694077B (zh) 一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池的制备方法
US20170207362A1 (en) Method for forming thin film having sulfide single-crystal nanoparticles
CN103094422A (zh) 铜锌锡硫硒薄膜制备中的掺杂工艺
CN102769047B (zh) 铜锌锡硫硒薄膜及其制备方法、铜锌锡硫硒薄膜太阳能电池
WO2014030412A1 (ja) 化合物太陽電池およびその製造方法
Liu et al. A non-vacuum solution route to prepare amorphous metal oxides thin films for Cu2ZnSn (S, Se) 4 solar cells
CN109638096A (zh) 一种化合物半导体薄膜太阳能电池制备方法
KR101785771B1 (ko) Ｃｉｇｓ막의 제법 및 그것을 이용하는 ｃｉｇｓ 태양 전지의 제법
CN102142484A (zh) 多晶硅/铜铟镓硒叠层电池工艺
TWI402996B (zh) 以銅鋅錫（ＣｕＺｎＳｎ）合金製備太陽能電池的ＣｕｘＺｎ ＳｎＳｙ（ＣＺＴＳ）薄膜之方法
CN104981913A (zh) Cigs膜的制法以及使用其的cigs太阳能电池的制法
KR20140047760A (ko) 태양전지 광흡수층 제조방법
CN102709393A (zh) 用铜锌锡硫化合物单一靶材制备薄膜太阳能电池的方法
CN103165696B (zh) 太阳能电池吸收层薄膜结构及其制造方法
CN113644146B (zh) 一种用于太阳能电池的薄膜、太阳能电池及其制备方法
WO2022041601A1 (zh) 功能模组及其制备方法和应用

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C53 Correction of patent of invention or patent application
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Xie Xiangyuan

Inventor after: Li Jie

Inventor before: Xie Xiangyuan

Inventor before: Zhou Decai

COR Change of bibliographic data

Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: XIE XIANGYUAN ZHOU DECAI TO: XIE XIANGYUAN LI JIE

C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20150729

Termination date: 20211017