CN103296128A - 柔性cigs薄膜太阳电池窗口层制备工艺 - Google Patents

柔性cigs薄膜太阳电池窗口层制备工艺 Download PDF

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张建柱
孙玉娣
马格林
彭博
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Abstract

一种柔性铜铟镓硒薄膜太阳电池窗口层的制备工艺，其特征在于：利用卷对卷的生产工艺，依次在不锈钢为衬底上沉积背电极层/CIGS吸收层/CdS缓冲层/窗口层/减反膜/栅电极。窗口层氧化锌利用磁控溅射的方法制备，分本证氧化锌i-ZnO与掺铝氧化锌ZnO:Al的制备。在同一溅射室，先通过卷对卷工艺进行本证氧化锌i-ZnO的溅射，本证氧化锌i-ZnO的溅射镀膜完成后，进行回卷，实现掺铝氧化锌ZnO:Al的制备。整个窗口层镀膜过程简单可行，制备的膜层质量高。

Description

柔性CIGS薄膜太阳电池窗口层制备工艺
技术领域
本发明为一种柔性铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳电池窗口层的制备工艺，属于光电元件领域，更确切的说属于光伏太阳电池领域。
背景技术
太阳能电池是解决能源问题最佳的途径，近年来迅速发展。薄膜太阳能电池因具有成本低、可大规模生产、并易于集成等优点将成为未来太阳能电池的发展方向。其中铜铟镓硒薄膜太阳能电池具有高光吸收系数、高转化效率、可调的禁带宽度、高稳定性、较强的抗辐射能力等优点，被认为是第三代太阳能电池主要材料(第一代单晶硅，第二代多晶硅、非晶硅)。
小样品CIGS薄膜太阳能电池的最高转化效率2008年3月达到19.9％，由美国可再生能源实验室采用三步蒸发法制备。目前，CIGS类太阳能电池的转换效率最高值是德国ZSW于2010年8月公布的20.3％。但其面积只有0.5cm2。由于铜铟镓硒太阳电池元素配比难以控制、薄膜均匀性难以实现等特点，大面积的CIGS薄膜太阳电池制备难度极大、转换效率偏低而且制造设备昂贵。
发明内容
本发明为一种柔性铜铟镓硒薄膜太阳电池窗口层的制备工艺。利用卷对卷的制备方法，可实现铜铟镓硒薄膜太阳电池的大批量生产。
首先在柔性不锈钢衬底上利用磁控溅射方法溅射隔离层铬及底电极层钼。其次采用卷对卷的工艺，利用三步共蒸发的方法蒸发吸收层CIGS，以及利用化学水浴法实现CdS沉积镀膜，然后通过磁控溅射的方法溅射窗口层氧化锌。
柔性铜铟镓硒薄膜太阳电池窗口层的制备工艺。通过卷对卷的磁控溅射方法，电池卷由精密电机和结构控制匀速运动，传递到溅射室，完成建设过程。窗口层的制备包括本证氧化锌i-ZnO与掺铝氧化锌ZnO:Al的制备。
本证氧化锌i-ZnO与掺铝氧化锌ZnO:Al的制备，在同一溅射室内分步溅射。第一次收卷完成i-ZnO的溅射，回卷时完成ZnO:Al的溅射，整个过程连续性好，易于控制。
本发明在本证氧化锌i-ZnO的溅射中采用的技术方案为：
当溅射室压强为1×10-4～1×10-3Pa时通入氩气，并通入微量的O2，当溅射室真空度达到0.2～1.2Pa时，开始本证氧化锌的溅射。溅射源采用双极性中频溅射电源，溅射靶材为纯度≥99.9％的ZnO靶材。
本证氧化锌i-ZnO的溅射采用对向靶溅射，这种溅射方式避免了溅射过程中的高能粒子对CdS缓冲层的冲击。利用此方式，溅射的膜层厚度为40～60nm。
本发明在掺铝氧化锌ZnO:Al的制备采用的技术方案为：
当溅射室压强为1×10-4～1×10-3Pa时通入氩气，当溅射室真空度达到0.2～1.2Pa时，开始掺铝氧化锌的溅射。溅射源采用直流脉冲电源，溅射靶材采用氧化铝含量为2wt％的ZnO:Al2O3靶材。
掺铝氧化锌的溅射采用可调向的孪生靶溅射，两靶可调角度为0～90°。这种溅射方式避免了溅射过程中的高能粒子对本证氧化锌i-ZnO的冲击。利用此方式，溅射的膜层厚度为400～600nm。
附图说明
图1为本发明一种柔性铜铟镓硒薄膜太阳电池单元示意图。
图2为在以不锈钢为衬底制备的CIGS太阳电池的扫描电子显微镜(SEM)图。从图中可见，利用该发明制备的窗口层，结构均与致密，且本证氧化锌与CdS缓冲层的结合非常好。
具体实施方式
[0013]为能进一步了解本发明的发明特点、使用性及工业大批量生产的可行性，兹列举实施例：
[0014]当溅射室压强为1×10-4～1×10-3Pa时通入氩气，并通入微量的O2，当溅射室真空度达到0.2～1.2Pa时，施行第一次收卷，开始本证氧化锌的溅射。溅射时采用对向靶双极性中频溅射电源进行溅射，制备的i-ZnO厚度为40～60nm。
[0015]完成本证氧化锌的溅射的溅射后，再次对溅射室抽真空，当溅射室压强为1×10-4～1×10-3Pa时通入氩气，当溅射室真空度达到0.2～1.2Pa时，施行回卷，开始掺铝氧化锌的溅射，制备ZnO:Al的厚度为400～600nm。

Claims (9)

1.一种柔性铜铟镓硒薄膜太阳电池窗口层的制备工艺，其特征在于：利用卷对卷的生产工艺，依次在不锈钢为衬底上沉积背电极层/CIGS吸收层/CdS缓冲层/窗口层/减反膜/栅电极。窗口层氧化锌利用磁控溅射的方法制备。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：铜铟镓硒薄膜太阳电池的柔性特点体现在衬底使用的为25～100μm厚的不锈钢带。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：制备形式采用卷对卷(Roll-To-Roll)的镀膜方式，改绕卷式的工艺是实现大面积薄膜、大批量生产的最佳途径。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：窗口层的制备分本证氧化锌i-ZnO与掺铝氧化锌ZnO:Al的制备。首先在缓冲层上溅射本证氧化锌i-ZnO，然后在本证氧化锌上沉积ZnO:Al。
5.据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：本证氧化锌的制备采用双极性中频溅射电源，掺铝氧化锌的制备采用直流脉冲电源。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：本证氧化锌i-ZnO溅射室的真空度为1×10-4～1×10-3Pa，掺铝氧化锌ZnO:Al溅射室的真空度为1×10-4～1×10-3Pa。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：本证氧化锌i-ZnO的溅射镀膜采用对向靶溅射的方式，这样可最大限度的减小溅射过程中高能粒子对缓冲层的冲击。掺铝氧化锌ZnO:Al的溅射镀膜采用可调式对向靶的镀膜方式，可调靶的角度为0～90°，这样可以减小溅射过程中对本证氧化锌膜的冲击。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：电池卷由精密电机和结构控制匀速运动，实现卷对卷的本证氧化锌i-ZnO的溅射镀膜。完成本证氧化锌i-ZnO的溅射镀膜后，进行回卷溅射，实现掺铝氧化锌ZnO:Al的制备。
9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：本证氧化锌i-ZnO镀膜厚度为50～100nm，掺铝氧化锌ZnO:Al镀膜厚度为500～1000nm。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101165923A (zh) * 2006-10-19 2008-04-23 中国电子科技集团公司第十八研究所 柔性铜铟镓硒薄膜太阳电池及其制备方法
US20090223551A1 (en) * 2008-03-04 2009-09-10 Solexant Corp. Process for making solar cells
CN101908583A (zh) * 2010-07-26 2010-12-08 中国电子科技集团公司第十八研究所 铜铟镓硒薄膜太阳电池窗口层的制备方法

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C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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