CN105140309B - 一种薄膜太阳能电池及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种薄膜太阳能电池及其制备方法，其包括衬底层、背电极层、光吸收层、缓冲层、高阻透明导电窗口层、低阻透明导电窗口层和采集电极，所述低阻透明导电窗口层包括阵列型纳米孔；所述制备方法，包括：(1)依次在衬底层上制备背电极层、光吸收层、缓冲层、高阻透明导电窗口层和低阻透明导电窗口层；(2)制备阵列型纳米孔；(3)制备采集电极。低阻透明导电窗口层上阵列型纳米孔的制备可降低低阻透明导电窗口层对光的吸收性，增大光吸收层的进光量。在采集电极制备过程中，电极材料可填充纳米孔，提高采集电极与低阻透明导电窗口层的有效接触面积，提高太阳能电池的输出功率，该制备方法比现有技术工艺简便，设备简单，易于操作。

Description

一种薄膜太阳能电池及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种太阳能电池及其制备方法。具体地说涉及一种具有纳米孔状电极结构的薄膜太阳能电池及其制备方法。

背景技术

随着人类工业文明的迅速发展，石化燃料成为稀缺资源，且随时间的推移将消耗殆尽，同时其在燃烧过程中会产生大量毒害气体及固体悬浮颗粒，对环境造成严重破坏；因此开发具有环保价值的新能源成为刻不容缓的事情。太阳能作为一种取之不尽，用之不竭的能量来源，且具有不受地域限制，可实现光伏系统模块化的特点，成为了最受青睐的研究对象。光伏发电已成为人类未来能源的希望，科学家们致力于开发不同材料的太阳能电池，最受关注的是包含非晶/微晶硅、碲化镉(CdTe)或铜铟镓硒化合物(CIGS)的薄膜太阳能电池，因为薄膜太阳能电池的光吸收层由厚度为数百纳米至数微米的薄膜构成，与常规太阳能电池相比，这种太阳能电池可显著地减少材料用量，能够显著降低成本。薄膜太阳能电池的另一个优点在于，与常规晶体硅太阳能电池不同，薄膜太阳能电池可在各种基板上形成。薄膜太阳能电池中，CIGS因其半导体层由铜、铟、镓等金属和硒非金属元素组成的直接带隙化合物半导体材料构成，有着与多硅晶太阳能电池接近的光电转换效率，具有低成本和高稳定性的优势，容易低成本大规模商业化生产，是最有希望降低光伏发电成本的高效薄膜太阳电池。

薄膜太阳能电池通常由衬底层、光吸收层、覆盖层和采集电极构成，其中覆盖层包括缓冲层、高阻透明导电窗口层和低阻透明导电窗口层。缓冲层为n型半导体层，与光吸收层形成PN结。长久以来，光电转换效率较低是薄膜太阳能电池发展的主要瓶颈，尤其随着光吸收层厚度减小，薄膜太阳能电池的光吸收就越弱，从而导致光伏器件转换效率的降低，另外，高阻透明导电窗口层与低阻透明导电窗口层的厚度影响薄膜太阳能电池的内阻，进而影响太阳能电池的输出功率；为增强薄膜太阳能电池的光吸收，提高光电转换效率，在光伏器件表面或是背面制作陷光结构成为了一个主要的研究方向，让光在光吸收层中多反射几次，即可在较小的膜厚条件下达到全部吸收的效果。

中国专利文献CN103107217A公布了一种薄膜太阳能电池及其制作方法，该薄膜太阳能电池由衬底层、光吸收层和覆盖层构成，覆盖层上表面或衬底层下表面随机分布多个纳米孔或纳米柱；其制作方法有三种：第一种制作方法包括多孔氧化铝膜制作、多孔氧化铝膜加载、一次刻蚀、二次刻蚀、去除掩膜步骤；该发明第二种制作方法包括多孔氧化铝膜制作、防粘处理、纳米压印、刻蚀步骤；该发明第三种制作方法包括镀铝、硅基多孔氧化铝膜制作、硅刻蚀、去除掩膜、防粘处理、纳米压印、薄膜太阳能电池片刻蚀步骤。该发明所述的陷光结构可一定程度提高薄膜太阳能电池的光吸收效率，但制作方法包括多个氧化、腐蚀步骤，工艺复杂，难于操作，不适于规模化生产。而且纳米孔或纳米柱随机分布使得光生载流子在纳米孔上传导出现分布不均匀，吸光效果存在不确定性及不均匀性，不能有效降低薄膜太阳能的内阻值与提高光线透过率。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于现有技术中陷光结构的制作工艺复杂，太阳能电池内阻值无法有效降低且光线透过率不足，导致薄膜太阳能电池光吸收性差，光电转换效率低，从而提出一种薄膜太阳能电池及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一方面本发明提供了一种薄膜太阳能电池，包括衬底层，以及沿远离衬底层的方向依次设置在衬底层上的背电极层、光吸收层、缓冲层、高阻透明导电窗口层、低阻透明导电窗口层和采集电极，所述低阻透明导电窗口层包括阵列型纳米孔，所述阵列型纳米孔的深度小于或等于所述低阻透明导电窗口层的厚度。

所述阵列型纳米孔的开孔面积占所述低阻透明导电窗口层面积的50％～80％，单个所述纳米孔横截面的截面积为1×10⁴～4×10⁶nm²。

所述阵列型纳米孔为圆形孔、方形孔或六角形孔中的一种。

所述衬底层为不锈钢或铝导电材料层。

所述背电极层为钼材料层、钛材料层、铬材料层、铜材料层中的一种。

所述光吸收层为铜铟镓硒化物材料层、铜铟镓硫化物材料层中的一种。

所述缓冲层为硫化锌材料层、硫化镉材料层、硫化铟材料层中的一种。

所述高阻透明导电窗口层为氧化锌材料层、氧化铟材料层、氧化锡材料层中的一种。

所述低阻透明导电窗口层为氧化锌、氧化铟、氧化锡以及上述化合物与铝、硒、镓、铟、镉、锑等元素的掺杂形成的一种或几种材料的堆叠结构。

所述采集电极为Ti/W、Al、Ag、Au、Ni、Cu、Cu/Ni、Al/Ni、Ti/Pd/Ag中的一种。

另一方面，本发明还提供了一种薄膜太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：

S1、依次在衬底层上制备背电极层、光吸收层、缓冲层、高阻透明导电窗口层和低阻透明导电窗口层；

S2、制备阵列型纳米孔：采用反应离子刻蚀或感应耦合等离子体刻蚀或湿法腐蚀方法在所述低阻透明导电窗口层上制备阵列型纳米孔，其中阵列型纳米孔的深度小于或等于低阻透明导电窗口层的厚度；

S3、制备采集电极：采用热蒸发的方法在具有阵列型纳米孔结构的所述低阻透明导电窗口层上沉积一层金属层或金属合金层作为采集电极。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

1.本发明提出一种薄膜太阳能电池及其制备方法，其包括衬底层，以及沿远离衬底层的方向依次设置在衬底层上的背电极层、光吸收层、缓冲层、高阻透明导电窗口层、低阻透明导电窗口层和采集电极，所述低阻透明导电窗口层上分布有阵列型纳米孔，所述纳米孔的侧壁为低阻透明材料，且纳米孔在二维方向呈网状连通，光线进入纳米孔时，经纳米孔的侧壁反射进入到光吸收层中，起到陷光的作用，进一步地，与现有技术相比，呈阵列型规则设置的纳米孔，可降低低阻透明导电窗口层对光的吸收性，增大光吸收层的进光量，可提高进光量达1.78-3.77％。另外，在采集电极制备过程中，电极材料可填充纳米孔，从而提高采集电极与透明导电电极层的有效接触面积，提高太阳能电池的输出功率至14.82％。

2.本技术方案中纳米孔的制备采用反应离子刻蚀或感应耦合等离子体刻蚀或湿法腐蚀技术，在所述低阻透明导电窗口层表面一次刻蚀即可制备阵列型纳米孔，比现有技术经多次氧化与刻蚀的方法工艺简便，设备简单，易于操作，适合规模化生产。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1是本发明一个实施例的一种薄膜太阳能电池的剖面图；

图2至图4是本发明一个实施例的一种薄膜太阳能电池中透明电极上纳米孔的局部放大图。

图中附图标记表示为：101-衬底层；201-背电极层；202-光吸收层；203-缓冲层；204-高阻透明导电窗口层；205-低阻透明导电窗口层；301-方形纳米孔；302-圆形纳米孔；303-六角形纳米孔；401-采集电极。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。

本发明可以以许多不同的形式实施，而不应该被理解为限于在此阐述的实施例。相反，提供这些实施例，使得本公开将是彻底和完整的，并且将把本发明的构思充分传达给本领域技术人员，本发明将仅由权利要求来限定。在附图中，为了清晰起见，会夸大层和区域的尺寸和相对尺寸。

实施例1

本实施例提供一种薄膜太阳能电池，如图1-2所示，包括衬底层101，以及沿远离衬底层101的方向依次设置在衬底层上的背电极层201、光吸收层202、缓冲层203、高阻透明导电窗口层204、低阻透明导电窗口层205和采集电极401，所述低阻透明导电窗口层205上分布有阵列型纳米孔，本实施例中所述阵列型纳米孔为方形纳米孔301，所述方形纳米孔301阵列的开孔面积占所述低阻透明导电窗口层面积的50％，单个所述方形纳米孔301截面的截面积为1×10⁴nm²，所述方形纳米孔301的深度为0.6μm。

所述低阻透明导电窗口层205优选为氧化锌掺杂铝材料层，其厚度为1.0μm。

所述衬底层101优选为不锈钢片材料层，其厚度为50μm。

所述背电极层201优选为金属钼材料层，其厚度为0.7μm。

所述光吸收层202优选为铜铟镓硒化物材料层，其厚度为1.2μm。

所述缓冲层203优选为硫化锌材料层，其厚度为80nm。

所述高阻透明导电窗口层204优选为氧化锌材料层，其厚度为40nm。

所述采集电极401优选为Ti/W合金材料，其中，Ti层厚度为1μm，所述Ti层上沉积有厚度为50μm的W层。

上述薄膜太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：

S1、依次在衬底层上制备背电极层、光吸收层、缓冲层、高阻透明导电窗口层和低阻透明导电窗口层；

首先，清洗衬底层101：在温度为50℃下，将不锈钢片衬底层101浸泡于碱液中20min，所述碱液的pH值为11.5-13.5，本实施例中所述碱液为pH值为12.5、浓度为5％的氢氧化钠，再用去离子水清洗不锈钢片衬底层101表面，清洗后用氮气吹干。

在衬底层101上制备背电极层201：通过磁控溅射设备，以氩气为气源，以钼金属为靶材，于真空条件下，在经过S1中所述的清洗步骤的不锈钢片衬底层101上溅镀一层厚度为0.7μm的钼层，得到背电极层201，真空条件为真空度0.1-0.7Pa，本实施例中为0.4Pa；

在背电极层201上制备光吸收层202：通过磁控溅射设备，以氩气为气源，铜镓合金和铟为靶源，铜镓合金中铜和镓的比例为：Cu/Ga＝4；于真空条件下在背电极层201上溅镀一层厚度为1.2μm的铜铟镓合金作为吸收层前体，真空条件为真空度0.2-0.8Pa，本实施例中为0.5Pa；铜铟镓合金中的组成比例为：Cu/(In+Ga)＝0.8,Ga/(In+Ga)＝0.2；将溅镀了背电极201和光吸收层202的不锈钢片放置在硒化炉中，硒化炉升温至400-600℃，本实施例中为500℃，用含体积百分数为10％的硒化氢与氮气混合气体硒化20min，得到铜铟镓硒化物光吸收层202。

在所述光吸收层202上制备缓冲层203：将其上制备了背电极层与吸收层的不锈钢衬底层101浸泡于1150ml含有1mol氨水、150mmol硫脲、1.5mmol硫酸锌的溶液中，在75-85℃的温度下水浴加热反应10-20min，得到一层厚度为80nm的硫化锌作为缓冲层203，本实施例中水热温度为80℃，水热时间为15min。

在所述缓冲层203上制备高阻透明导电窗口层204：通过磁控溅射设备，以氩气和氧气为气源，其中氩气和氧气的体积比为4:1，氧化锌为靶源，于真空条件下在所述缓冲层203上磁控溅镀一层厚度为40nm的氧化锌作为高阻透明导电窗口层204，所述真空条件为真空度0.1-0.7Pa，本实施例中为0.4Pa。

在所述高阻透明导电窗口层204上制备低阻透明导电窗口层205：通过磁控溅射设备，以氩气和氧气为气源，其中氩气和氧气的体积比为4:1，含质量百分数为1％的氧化铝的氧化锌为靶源，于真空条件下，在高阻透明导电窗口层204上磁控溅射一层厚度为1.0μm的掺铝氧化锌层作为低阻透明导电窗口层205，所述真空条件为真空度0.1-0.7Pa，本实施例中为0.4Pa。

S2、制备阵列型纳米孔：本实施例采用湿法腐蚀技术在所述低阻透明导电窗口层205的表面制备阵列型纳米孔，将冰醋酸与水按照体积比1:1混合，对所述低阻透明导电窗口层205刻蚀12min，形成截面积为1×10⁴nm²、深度为0.6μm的方形纳米孔301阵列，作为本发明的其他实施例，还可采用反应离子刻蚀技术或感应耦合等离子体刻蚀技术在所述低阻透明导电窗口层205的表面制备纳米孔。

S3、制备采集电极401：采用热蒸发的方法在具有所述方形纳米孔301结构的所述低阻透明导电窗口层205上先蒸发制备一层厚度为1μm的金属钛，然后沉积厚度为50μm的金属钨，形成钛/钨的堆叠结构，得到采集电极401。

实施例2

本实施例提供一种薄膜太阳能电池，如图1和图3所示，包括衬底层101，以及沿远离衬底层101的方向依次设置在衬底层上的背电极层201、光吸收层202、缓冲层203、高阻透明导电窗口层204、低阻透明导电窗口层205和采集电极401，所述低阻透明导电窗口层205上分布有阵列型纳米孔，本实施例中所述阵列型纳米孔为圆形纳米孔302，所述圆形纳米孔302阵列的开孔面积占所述低阻透明导电窗口层面积的65％，单个所述圆形纳米孔302截面的截面积为3×10⁵nm²，所述圆形纳米孔302的深度为0.8μm。

所述低阻透明导电窗口层205优选为氧化锌掺杂铝材料层，其厚度为1.0μm。

所述衬底层101优选为为不锈钢片材料层，其厚度为50μm。

所述背电极层201优选为金属钼材料层，其厚度为0.7μm。

所述光吸收层202优选为铜铟镓硒化物材料层，其厚度为1.2μm。

所述缓冲层203优选为硫化锌材料层，其厚度为80nm。

所述高阻透明导电窗口层204优选为氧化锌材料层，其厚度为40nm。

所述采集电极401优选为Ti/W合金材料，其中，Ti层厚度为1μm，所述Ti层上沉积有厚度为50μm的W层。

上述薄膜太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：

S1、依次在衬底层上制备背电极层、光吸收层、缓冲层、高阻透明导电窗口层和低阻透明导电窗口层；

首先，清洗衬底层101：在温度为50℃下，将不锈钢片衬底层101浸泡于碱液中20min，所述碱液的pH值为11.5-13.5，本实施例中所述碱液为pH值为12.5、浓度为5％的氢氧化钠，再用去离子水清洗所述不锈钢片衬底层101表面，清洗后用氮气吹干。

在所述衬底层101上制备背电极层201：通过磁控溅射设备，以氩气为气源，以钼金属为靶材，于真空条件下，在经过S1中所述的清洗步骤的不锈钢片衬底层101上溅镀一层厚度为0.7μm的钼层，得到背电极层201，所述真空条件为真空度0.1-0.7Pa，本实施例中为0.4Pa。

在所述背电极层201上制备光吸收层202：通过磁控溅射设备，以氩气为气源，铜镓合金和铟为靶源，所述铜镓合金中铜和镓的比例为：Cu/Ga＝4；于真空条件下在所述背电极层201上溅镀一层厚度为1.2μm的铜铟镓合金作为吸收层前体，所述真空条件为真空度0.2-0.8Pa，本实施例中为0.5Pa；所述铜铟镓合金中的组成比例为：Cu/(In+Ga)＝0.8,Ga/(In+Ga)＝0.2；将溅镀了所述背电极201和光吸收层202的不锈钢片放置在硒化炉中，所述硒化炉升温至400-600℃，本实施例中为500℃，用含体积百分数为10％的硒化氢与氮气混合气体硒化20min，得到铜铟镓硒化物光吸收层202。

在所述光吸收层202上制备缓冲层203：将其上制备了所述背电极层与所述吸收层的所述不锈钢衬底层101浸泡于1150ml含有1mol氨水、150mmol硫脲、1.5mmol硫酸锌的溶液中，在75-85℃的温度下水浴加热反应10-20min，得到一层厚度为80nm的硫化锌作为缓冲层203，本实施例中水热温度为80℃，水热时间为15min。

在所述缓冲层203上制备高阻透明导电窗口层204：通过磁控溅射设备，以氩气和氧气为气源，其中氩气和氧气的体积比为4:1，氧化锌为靶源，于真空条件下在所述缓冲层203上磁控溅镀一层厚度为40nm的氧化锌作为高阻透明导电窗口层204，所述真空条件为真空度0.1-0.7Pa，本实施例中为0.4Pa。

在所述高阻透明导电窗口层204上制备低阻透明导电窗口层205：通过磁控溅射设备，以氩气和氧气为气源，其中氩气和氧气的体积比为4:1，含质量百分数为1％的氧化铝的氧化锌为靶源，于真空条件下，在所述高阻透明导电窗口层204上磁控溅射一层厚度为1.0μm的掺铝氧化锌层作为低阻透明导电窗口层205，所述真空条件为真空度0.1-0.7Pa，本实施例中为0.4Pa。

S2、制备阵列型纳米孔：本实施例采用湿法腐蚀技术在所述低阻透明导电窗口层205的表面制备阵列型纳米孔，将冰醋酸与水按照体积比1:1混合，对所述低阻透明导电窗口层205刻蚀16min，形成截面积为3×10⁵nm²、深度为0.8μm的圆形纳米孔302阵列，作为本发明的其他实施例，还可采用反应离子刻蚀技术或感应耦合等离子体刻蚀技术在所述低阻透明导电窗口层205的表面制备纳米孔。

S3、制备采集电极401：采用热蒸发的方法在具有所述圆形纳米孔302结构的所述低阻透明导电窗口层205上先蒸发制备一层厚度为1μm的金属钛，然后沉积厚度为50μm的金属钨，形成钛/钨的堆叠结构，得到采集电极401。

实施例3

本实施例提供一种薄膜太阳能电池，如图1和图4所示，包括衬底层101，以及沿远离衬底层101的方向依次设置在衬底层上的背电极层201、光吸收层202、缓冲层203、高阻透明导电窗口层204、低阻透明导电窗口层205和采集电极401，所述低阻透明导电窗口层205上分布有阵列型纳米孔，本实施例中所述阵列型纳米孔为六角形纳米孔303，所述六角形形纳米孔303阵列的开孔面积占所述低阻透明导电窗口层面积的80％，单个所述六角形纳米孔303截面的截面积为4×10⁶nm²，所述六角形纳米孔303的深度为1.0μm。

所述低阻透明导电窗口层205优选为氧化锌掺杂铝材料层，其厚度为1.0μm。

所述衬底层101优选为为不锈钢片材料层，其厚度为50μm。

所述背电极层201优选为金属钼材料层，其厚度为0.7μm。

所述光吸收层202优选为铜铟镓硒化物材料层，其厚度为1.2μm。

所述缓冲层203优选为硫化锌材料层，其厚度为80nm。

所述高阻透明导电窗口层204优选为氧化锌材料层，其厚度为40nm。

所述采集电极401优选为Ti/W合金材料，其中，Ti层厚度为1μm，所述Ti层上沉积有厚度为50μm的W层。

上述薄膜太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：

S1、依次在衬底层上制备背电极层、光吸收层、缓冲层、高阻透明导电窗口层和低阻透明导电窗口层；

首先，清洗衬底层101：在温度为50℃下，将不锈钢片衬底层101浸泡于碱液中20min，所述碱液的pH值为11.5-13.5，本实施例中所述碱液为pH值为12.5、浓度为5％的氢氧化钠，再用去离子水清洗所述不锈钢片衬底层101表面，清洗后用氮气吹干。

在所述衬底层101上制备背电极层201：通过磁控溅射设备，以氩气为气源，以钼金属为靶材，于真空条件下，在经过S1中所述的清洗步骤的不锈钢片衬底层101上溅镀一层厚度为0.7μm的钼层，得到背电极层201，所述真空条件为真空度0.1-0.7Pa，本实施例中为0.4Pa。

在所述背电极层201上制备光吸收层202：通过磁控溅射设备，以氩气为气源，铜镓合金和铟为靶源，所述铜镓合金中铜和镓的比例为：Cu/Ga＝4；于真空条件下在所述背电极层201上溅镀一层厚度为1.2μm的铜铟镓合金作为吸收层前体，所述真空条件为真空度0.2-0.8Pa，本实施例中为0.5Pa；所述铜铟镓合金中的组成比例为：Cu/(In+Ga)＝0.8,Ga/(In+Ga)＝0.2；将溅镀了所述背电极201和光吸收层202的不锈钢片放置在硒化炉中，所述硒化炉升温至400-600℃，本实施例中为500℃，用含体积百分数为10％的硒化氢与氮气混合气体硒化20min，得到铜铟镓硒化物光吸收层202；

在所述光吸收层202上制备缓冲层203：将其上制备了所述背电极层与所述吸收层的所述不锈钢衬底层101浸泡于1150ml含有1mol氨水、150mmol硫脲、1.5mmol硫酸锌的溶液中，在75-85℃的温度下水浴加热反应10-20min，得到一层厚度为80nm的硫化锌作为缓冲层203，本实施例中水热温度为80℃，水热时间为15min。

在所述缓冲层203上制备高阻透明导电窗口层204：通过磁控溅射设备，以氩气和氧气为气源，其中氩气和氧气的体积比为4:1，氧化锌为靶源，于真空条件下下在所述缓冲层203上磁控溅镀一层厚度为40nm的氧化锌作为高阻透明导电窗口层204，所述真空条件为真空度0.1-0.7Pa，本实施例中为0.4Pa。

在所述高阻透明导电窗口层204上制备低阻透明导电窗口层205：通过磁控溅射设备，以氩气和氧气为气源，其中氩气和氧气的体积比为4:1，含质量百分数为1％的氧化铝的氧化锌为靶源，于真空条件下，在所述高阻透明导电窗口层204上磁控溅射一层厚度为1.0μm的掺铝氧化锌层作为低阻透明导电窗口层205，所述真空条件为真空度0.1-0.7Pa，本实施例中为0.4Pa。

S2、制备阵列型纳米孔：本实施例采用湿法腐蚀技术在所述低阻透明导电窗口层205的表面制备阵列型纳米孔，将冰醋酸与水按照体积比1:1混合，对所述低阻透明导电窗口层205刻蚀20min，形成截面积为4×10⁶nm²、深度为1.0μm的六角形纳米孔303阵列，作为本发明的其他实施例，还可采用反应离子刻蚀技术或感应耦合等离子体刻蚀技术在所述低阻透明导电窗口层205的表面制备纳米孔。

S3、制备采集电极401：采用热蒸发的方法在具有所述六角形纳米孔303结构的所述低阻透明导电窗口层205上先蒸发制备一层厚度为1μm的金属钛，然后沉积厚度为50μm的金属钨，形成钛/钨的堆叠结构，得到采集电极401。

对比实施例

以下薄膜太阳能电池的制备方法是现有技术中所采用的制备方法，具体包括如下步骤：

S1、依次在衬底层上制备背电极层、光吸收层、缓冲层、高阻透明导电窗口层和低阻透明导电窗口层；

首先，清洗衬底层101：在温度为50℃下，将不锈钢片衬底层101浸泡于碱液中20min，所述碱液的pH值为12.5、浓度为5％的氢氧化钠，再用去离子水清洗所述不锈钢片衬底层101表面，清洗后用氮气吹干。

在所述衬底层101上制备背电极层201：通过磁控溅射设备，以氩气为气源，以钼金属靶材，于真空条件下，在经过S1中所述的清洗步骤的不锈钢片衬底层101上溅镀一层厚度为0.7μm的钼层，得到背电极层201，真空条件为真空度0.4Pa。

在所述背电极层201上制备光吸收层202：通过磁控溅射设备，以氩气为气源，铜镓合金和铟为靶源，所述铜镓合金中铜和镓的比例为：Cu/Ga＝4；于真空条件下在所述背电极层201上溅镀一层厚度为1.2μm的铜铟镓合金作为吸收层前体，所述真空条件为0.5Pa；所述铜铟镓合金中的组成比例为：Cu/(In+Ga)＝0.8,Ga/(In+Ga)＝0.2；将溅镀了所述背电极201和光吸收层202的不锈钢片放置在硒化炉中，所述硒化炉升温至500℃，用含体积百分数为10％的硒化氢与氮气混合气体硒化20min，得到铜铟镓硒化物光吸收层202；

在所述光吸收层202上制备缓冲层203：将其上制备了所述背电极层与所述吸收层的所述不锈钢衬底层101浸泡于1150ml含有1mol氨水、150mmol硫脲、1.5mmol硫酸锌的溶液中，在80℃的温度下水浴加热反应15min，得到一层厚度为80nm的硫化锌作为缓冲层203。

在所述缓冲层203上制备高阻透明导电窗口层204：通过磁控溅射设备，以氩气和氧气为气源，其中氩气和氧气的体积比为4:1，氧化锌为靶源，于真空条件下下在所述缓冲层203上磁控溅镀一层厚度为40nm的氧化锌作为高阻透明导电窗口层204，所述真空条件为真空度为0.4Pa。

在所述高阻透明导电窗口层204上制备低阻透明导电窗口层205：通过磁控溅射设备，以氩气和氧气为气源，其中氩气和氧气的体积比为4:1，含质量百分数为1％的氧化铝的氧化锌为靶源，于真空条件下，在所述高阻透明导电窗口层204上磁控溅射一层厚度为1.0μm的掺铝氧化锌层作为低阻透明导电窗口层205，所述真空条件为真空度为0.4Pa。

S2、制备采集电极401：采用热蒸发的方法在低阻透明导电窗口层205上先蒸发制备一层厚度为1μm的金属钛，然后沉积厚度为50μm的金属钨，形成钛/钨的堆叠结构，得到采集电极401。

经上述实施例与现有技术的制备方法所获得的电池性能进行比较可知：呈阵列型规则设置的纳米孔，可降低低阻透明导电窗口层对光的吸收性，增大光吸收层的进光量，可提高进光量达1.78-3.77％。另外，在采集电极制备过程中，电极材料可填充纳米孔，从而提高采集电极与透明导电电极层的有效接触面积，太阳能电池的输出功率得到有效提高。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明保护的范围之中。

Claims (10)

1.一种薄膜太阳能电池，包括衬底层，以及沿远离衬底层的方向依次设置在衬底层上的背电极层、光吸收层、缓冲层、高阻透明导电窗口层、低阻透明导电窗口层和采集电极，其特征在于，所述低阻透明导电窗口层包括阵列型纳米孔，所述阵列型纳米孔的深度小于或等于所述低阻透明导电窗口层的厚度；所述阵列型纳米孔的开孔面积占所述低阻透明导电窗口层面积的50％～80％，单个所述纳米孔横截面的截面积为1×10⁴～4×10⁶nm²。

2.根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，所述阵列型纳米孔为圆形孔、方形孔或六角形孔中的一种。

3.根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，所述衬底层为不锈钢或铝导电材料层。

4.根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，所述背电极层为钼材料层、钛材料层、铬材料层、铜材料层中的一种。

5.根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，所述光吸收层为铜铟镓硒化物材料层、铜铟镓硫化物材料层中的一种。

6.根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，所述缓冲层为硫化锌材料层、硫化镉材料层、硫化铟材料层中的一种。

7.根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，所述高阻透明导电窗口层为氧化锌材料层、氧化铟材料层、氧化锡材料层中的一种。

8.根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，所述低阻透明导电窗口层为氧化锌、氧化铟、氧化锡中的至少一种与铝、硒、镓、铟、镉、锑中的至少一种掺杂形成的堆叠结构。

9.根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，所述采集电极为Ti/W、Al、Ag、Au、Ni、Cu、Cu/Ni、Al/Ni、Ti/Pd/Ag中的一种。

10.根据权利要求1-9任一所述的薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、依次在衬底层上制备背电极层、光吸收层、缓冲层、高阻透明导电窗口层和低阻透明导电窗口层；

S2、制备阵列型纳米孔：采用反应离子刻蚀或感应耦合等离子体刻蚀或湿法腐蚀方法在所述低阻透明导电窗口层上制备阵列型纳米孔，其中阵列型纳米孔的深度小于或等于低阻透明导电窗口层的厚度；

S3、制备采集电极：采用热蒸发的方法在具有阵列型纳米孔结构的所述低阻透明导电窗口层上沉积一层金属层或金属合金层作为采集电极。