CN103258897A - 硫化镉缓冲层的卷对卷制备方法 - Google Patents

硫化镉缓冲层的卷对卷制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了柔性CIGS薄膜太阳电池中硫化镉缓冲层的卷对卷制备方法，采用化学水浴沉积法(CBD)制备缓冲层硫化镉薄膜，由此法可使柔性CIGS薄膜太阳电池取得较高的光电转换效率，尤其适合于大规模卷对卷工艺连续生产。

Description

硫化镉缓冲层的卷对卷制备方法
技术领域
本发明涉及柔性CIGS薄膜太阳电池的缓冲层硫化镉的卷对卷制备方法。
背景技术
柔性CIGS薄膜太阳电池的性能的优劣，主要取决于pn结的制备，而整个pn结实际是跨越缓冲层的，所以缓冲层的制备是至关重要的。在柔性CIGS薄膜太阳电池中窗口层ZnO的带隙宽度为3.2eV，CIGS吸收层的带隙宽度为1.02-1.68eV，二者带隙相差悬殊，直接接触会构成异质结，会产生晶格失配现象，缺陷态增多，最终导致电池的转化效率偏低。因此需在吸收层与窗口层二者之间需加入一层很薄的缓冲层，来解决这一问题。目前用的多且效率高的是II-VI族化合物半导体硫化镉薄膜。它是一种直接带隙的n型半导体，其带隙宽度为2.4eV。
硫化镉缓冲层作为太阳电池的重要组成部分，可以降低窗口层ZnO与CIGS吸收层间能带的不连续，要求高透光性，一边使入射光能顺利进入从而被有效吸收。通常采用下列方法来沉积硫化镉薄膜：真空蒸发法、溅射法、热喷涂分解法和化学水浴沉积法(CBD)等。柔性CIGS薄膜太阳电池的缓冲层厚度只有几十nm，对于如此之薄的过渡层，用蒸发或溅射的方法很难保证其完整性和致密性，而化学水浴沉积法可以做到这点。与其它制备方法相比，化学水浴沉积法还具有其它的优势：①可以根据制备薄膜的性质和厚度要求实现单次、多次连续沉积薄膜；②对反应原料纯度的要求不高，材料选择空间大，在市场上容易购买而且价格比较便宜；③制备设备简单，一般不需要真空系统。
化学水浴沉积法卷对卷制备成本低，工艺操作简单，能够很容易地扩大生产规模，关键是所沉积的薄膜的质量比较高，在此基础上制备出的柔性CIGS薄膜太阳电池的光电转化效率高。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种硫化镉薄膜卷对卷工艺制备的方法，制得高质量的缓冲层薄膜以保证整个柔性CIGS薄膜太阳电池的光电转化效率。
本发明所述的硫化镉缓冲层制备方法，利用化学水浴沉积法制备硫化镉薄膜。该化学水浴法是将络合剂氨水倒入镉盐溶液中，再加入硫源溶液，用缓冲溶液醋酸氨调节反应溶液pH值至8-10。将反应溶液加热至所需温度反应，再将烘干备好的衬底以一定速度通过溶液，同时反应溶液需在超声振荡条件下循环。各反应液及其配比分别为：醋酸镉浓度：0.001-0.005mol/L，硫脲浓度：0.004-0.008mol/L，氨水浓度：0.0003-0.0008mol/L，醋酸氨浓度：0.005-0.010mol/L。本发明形成的硫化镉薄膜厚度为50-80nm。
定期检测反应溶液浓度，当其中镉浓度低于0.001mol/L时生成的硫化镉薄膜不合要求，此时需更换新的反应溶液。
附图说明
图1为本发明硫化镉薄膜卷对卷制备方法的流程图。
图2为本发明卷对卷制备方法装置示意图。
其中1超声发生器；2滚轴；3反应溶液循环管道；4循环泵；5储液池；6反应溶液循环管道；7反应溶液循环管道；8反应室。
具体实施方式
以下配合说明书附图对本发明的实施方式做更详细的说明。
参阅图1，为本发明硫化镉薄膜卷对卷制备方法的流程图。如图1所示，本发明的硫化镉缓冲层的制备方法由步骤S1开始，首先将氨水倒入指定浓度的醋酸镉溶液中，搅拌均匀。接着进行步骤S2，倒入指定浓度的硫脲溶液，继续搅拌直至得无色透明溶液。在步骤S3中，采用缓冲溶液醋酸氨溶液进行pH值调节，调至pH 8-10。在步骤S4中，将柔性衬底在烘箱中烘干，置于滚轴上。然后进行步骤S5，开始对反应溶液进行加热，此过程中在具有超声功能的储液池中进行。然后进行步骤S6，使滚轴以一定速度向前运动，同时开启循环泵，使反应室内的溶液与储液池中溶液形成循环。在步骤S7中，将非沉积面用稀盐酸擦拭，纯水洗净。最后在步骤S7中，将沉积好硫化镉薄膜的衬底用氮气吹干，以备后续工艺使用。
参阅图2，为本发明卷对卷制备方法示意图。柔性衬底通过滚轴以一定速度向前运动。在反应室中，设置多组上下滚轴是为了使衬底在热的反应溶液中保持平整，及形成的缓冲层薄膜平整。同时在反应室中添加超声反应器，以使整个室中溶液浓度均一，从而形成的缓冲层薄膜均一。在反应室之外设置一储液池，其具有超声及加热保温功能，通过反应溶液循环管道3、6和7使反应室与储液池中的反应溶液相通。定期检测反应溶液浓度，当其中镉浓度低于0.001mol/L时生成的硫化镉薄膜不合要求，此时需更换新的反应溶液。
上述叙述中使用的纯水均为去离子水。本发明的硫化镉缓冲层卷对卷制备方法可制备出厚度为50-80nm的硫化镉薄膜，并且能实现连续制备。

Claims (10)

1.硫化镉缓冲层的卷对卷制备方法，是在柔性衬底(柔性衬底上附着阻挡层、背电极层及CIGS吸收层，以下简称柔性衬底)上连续形成硫化镉薄膜，其特征在于，该方法包括：
用纯水配制一定浓度的镉盐溶液；
用纯水配制一定浓度的硫源溶液；
准备好一定浓度的缓冲盐溶液和络合剂；
将各种溶液配制成反应溶液，调节pH值；
柔性衬底用氮气吹干预热或用烘箱烘干；
柔性衬底以一定速度向前运动。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该镉盐包括醋酸镉、硫酸镉、硝酸镉及氯化镉的至少其中之一，优选醋酸镉。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该硫源药品包括硫脲、硫化钠及硫代乙酰胺的至少其中之一，优选硫脲。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该络合剂包括氨水、三乙醇胺及氰化钾的至少其中之一，优选氨水。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该缓冲盐溶液包括醋酸氨、氯化铵、硝酸氨及硫酸铵的至少其中之一，优选醋酸氨。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该纯水为去离子水。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该反应溶液pH值为8-10。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该反应温度为70-90℃，反应时间为10-60min。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，柔性衬底向前运动的速度为0.5-1.5m/min。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该硫化镉薄膜的厚度为50-80nm。 
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