CN109065648A - 一种太阳能电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种太阳能电池及其制备方法，所述太阳能电池包括：导电膜、光电层和设置在所述光电层上的窗口层；以及设置在所述导电膜和所述光电层之间并且配置为与所述光电层实现准欧姆接触的中间层。所述方法包括：在衬底上设置导电膜；在所述导电膜上设置中间层；在所述中间层上设置光电层；以及在所述光电层上设置窗口层。本申请的太阳能电池包括厚度可控的中间层，使所述光电层与导电膜之间减少了接触电阻带来的损失，提高了短路电流，并能够抑制光电层的扩散，延长了太阳能电池的寿命。

Description

一种太阳能电池及其制备方法
技术领域
本申请涉及但不限于太阳能电池技术领域，特别涉及但不限于一种太阳能电池及其制备方法。
背景技术
目前市面上的太阳能电池都以晶体硅电池类型为主，晶体硅电池占据了市场95％以上的份额，薄膜电池仅占有5％的份额。这种市场份额的偏差究其根本原因除了薄膜电池在成本上优势不大外，还在于各种薄膜电池本身固有的一些缺陷。薄膜电池因为太阳光吸收系数较高的原因，吸收层材料都非常轻薄(0.5-2.5微米)，主要分为砷化镓(GaAs)薄膜电池、碲化镉(CdTe)薄膜电池、硅基薄膜电池和铜铟镓硒(CuInxGa(1-x)Se2，CIGS)薄膜电池等类型。GaAs电池成本十分高昂，民用领域应用较少。CdTe电池由于其材料含有剧毒元素Cd而导致人们对其大面积广泛应用存有疑虑。硅基薄膜电池尽管生产工艺成熟，但至今无法解决弱光发电效率低下的问题使其难以成为有力的竞争产品。铜铟镓硒薄膜电池对稀有金属材料In、Ga用量极少，吸收层材料的禁带宽度可调且正好匹配吸收太阳光的最佳带隙范围(1.04-1.68eV)，具有能够在弱光条件下发电的技术优势，具有制造高效电池的巨大潜力，是一种具有高效、应用场景广泛的太阳能电池类型。铜铟镓硒薄膜太阳能电池被认为是能够成为竞争晶硅电池市场地位的最具潜力的薄膜电池类型，然而现有铜铟镓硒薄膜太阳能电池在经过长时间使用后存在光电转化效率降低的问题。
发明内容
以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。
本申请提供了一种使用寿命较长的太阳能电池及其制备方法。
本申请提供了一种太阳能电池，所述太阳能电池包括：
导电膜、光电层和设置在所述光电层上的窗口层；以及
设置在所述导电膜和所述光电层之间并且配置为与所述光电层实现准欧姆接触的中间层。
在本申请实施例中，所述光电层可以包括设置在所述中间层上的铜铟镓硒膜，和设置在所述铜铟镓硒膜上的缓冲层。
在本申请实施例中，所述光电层还可以包括设置在所述中间层与所述铜铟镓硒膜之间的配置为具有减反射功能的铜铟硒膜、铜铟镓硒硫膜、铜铟镓硫膜、铜铟镓铝硒膜、铜铟镓铝硒硫膜、铜铟镓铝硫膜、铜铟硒硫膜和铜铟硫膜中的任意一种或更多种。
在本申请实施例中，所述铜铟镓硒膜的厚度可以为0.8-1.9μm。
在本申请实施例中，所述中间层可以为透光的硒化钼膜、硒化钛膜、硒化锆膜、硒化铪膜、硒化钒膜、硒化铌膜、硒化铬膜、硒化钨膜、硒化钽膜、硒化锰膜和硒化铼膜中的任意一种或更多种。
在本申请实施例中，所述窗口层可以包括设置在所述光电层上的本征氧化锌膜，和设置在所述本征氧化锌膜上的掺铝氧化锌膜或掺硼氧化锌膜。
在示例性实施例中，所述窗口层可以包括设置在所述光电层上的本征氧化锌膜，和设置在所述本证氧化锌膜上的绒面掺硼氧化锌膜。
本申请还提供了一种制备太阳能电池的方法，所述方法包括：
在衬底上设置导电膜；
在所述导电膜上设置中间层；
在所述中间层上设置光电层；以及
在所述光电层上设置窗口层。
在本申请实施例中，在所述导电膜上设置中间层可以包括：采用磁控溅射法在所述导电膜上沉积所述中间层。
在本申请实施例中，采用磁控溅射法在所述导电膜上沉积所述中间层可以包括：以氩气为惰性气体，采用与所述中间层相同材料的靶材，在氩气的流量为10-40sccm、溅射功率为120-180W、温度为20-150℃、压强为5×10-1-9×10-1Pa的条件下沉积所述中间层。
在本申请实施例中，在所述中间层上设置光电层可以包括：在所述中间层上设置铜铟镓硒膜，以及在所述铜铟镓硒膜上设置缓冲层。
在本申请实施例中，在所述中间层上设置所述铜铟镓硒膜可以包括：采用三步共蒸发法在所述中间层上沉积所述铜铟镓硒膜；以及采用热蒸发法对所述铜铟镓硒膜进行钾掺杂或钠掺杂。
在本申请实施例中，采用三步共蒸发法沉积所述铜铟镓硒膜时，第一步的沉积温度可以为400-600℃，本底真空度可以≤5×10-6Pa，第二步的沉积温度可以为500-650℃，本底真空度可以≤5×10-6Pa，第三步的沉积温度可以为500-650℃，本底真空度可以≤5×10-6Pa。
在本申请实施例中，采用三步共蒸发法沉积所述铜铟镓硒膜时，第一步结束时，Ga/Ga+In的摩尔比可以在0.3-0.35之间，第二步结束时，Cu/In+Ga的摩尔比可以在1.15-1.25之间，第三步结束时，Cu/In+Ga的摩尔比可以在0.85-0.9之间。
在本申请实施例中，采用热蒸发法对所述铜铟镓硒膜进行钾掺杂或钠掺杂可以包括：以KF、NaF或NaS为原料在所述铜铟镓硒膜表面沉积KF膜、NaF膜或NaS膜，然后采用热蒸发硒源法通入硒蒸气，在380-580℃温度下热退火30-60分钟，使钾或钠掺杂进入所述铜铟镓硒膜中。
在本申请实施例中，在所述中间层上设置光电层还可以包括：在所述中间层上设置铜铟镓硒膜之前，在所述中间层上设置铜铟硒膜。
在本申请实施例中，所述方法还可以包括：在设置铜铟镓硒膜之后，在所述铜铟镓硒膜上设置缓冲层之前，采用原子层淀积法在所述铜铟镓硒膜上设置钝化层。
在本申请实施例中，在所述光电层上设置窗口层可以包括：采用磁控溅射法在所述光电层上设置本征氧化锌膜，以及采用低压化学气相沉积法在所述本征氧化锌膜上设置绒面掺硼氧化锌膜。
在本申请实施例中，采用低压化学气相沉积法在所述本征氧化锌膜上设置绒面掺硼氧化锌膜可以包括：采用二乙基锌气体、乙硼烷和水蒸汽为原料，在温度为140-175℃、真空度为0.2-2mbar的条件下在所述本征氧化锌膜上沉积绒面掺硼氧化锌膜。
与现有技术的太阳能电池相比较，本申请的太阳能电池通过设置厚度可控的中间层，使所述光电层与导电膜之间减少了接触电阻带来的损失，提高了短路电流，并能够抑制光电层的扩散，延长了太阳能电池的寿命。
本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本申请技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，并不构成对本申请技术方案的限制。
图1为本申请实施例的太阳能电池的结构示意图。
图2为本申请实施例的另一太阳能电池的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本申请的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
本申请实施例提供了一种太阳能电池，所述太阳能电池可以包括：
衬底1；
设置在所述衬底上的导电膜2；
设置在所述导电膜2上的中间层3；
设置在所述中间层3上的光电层；以及
设置在所述光电层上的窗口层；
所述中间层3配置为与所述光电层5实现准欧姆接触。
在本申请实施例中，定义太阳能电池的设置有窗口层的一面为正面，设置有衬底的一面为背面。
所述衬底可以为透光率超过95％的超白玻璃，例如，超白浮法玻璃或压花玻璃，或者为钠钙玻璃、聚酰亚胺衬底或透光的树脂衬底。当采用透光率超过95％的超白玻璃作为透光衬底时，能够提高电池背面的透光性能。
所述导电膜2可以为透明的导电膜，例如，掺硼氧化锌(BZO)透明导电膜、AZO透明导电膜、氧化铟锡(ITO)透明导电膜或掺氟氧化锡(FTO)透明导电膜。所述导电膜2可以为绒面的，绒面导电膜具有减反射功能，可以减少太阳光在电池背面的反射。所述导电膜2的厚度可以为200-1000nm。
所述中间层3可以与光电层形成准欧姆接触，减少接触电阻带来的能量损失。所述中间层3可以为透光的硒化钼膜、硒化钛膜、硒化锆膜、硒化铪膜、硒化钒膜、硒化铌膜、硒化铬膜、硒化钨膜、硒化钽膜、硒化锰膜和硒化铼膜中的任意一种或更多种。当所述中间层选择上述不同材料的膜中的至少两种时，可以将至少两种不同材料的膜层层叠加在一起作为中间层，或者，在一层中间层的不同区域设置至少两种不同材料的膜。当单独选择硒化钼膜作为中间层时，其与光电层之间的准欧姆接触较好。
当中间层3的厚度较小时，其可以使太阳光透过，还会降低薄层电阻(sheetresistance)进而提高太阳能电池的性能。为了使太阳光透过，所述中间层3的厚度可以为5-20nm，例如，可以为10nm。
本申请实施例的太阳能电池通过设置厚度可控的中间层，使所述光电层与导电膜之间减少了接触电阻带来的损失，提高了短路电流，并能够抑制光电层的扩散，延长了太阳能电池的寿命。
当衬底1、导电膜2和中间层3均透光时，来自于电池背面的太阳光也能够被电池吸收，从而形成能够双面吸光的太阳能电池，提高太阳能电池的发电效率。
所述光电层可以包括设置在所述中间层3上的铜铟镓硒膜5和设置在所述铜铟镓硒膜5上的缓冲层7。
所述铜铟镓硒膜5可以为多晶铜铟镓硒膜，其可以是P型的。多晶铜铟镓硒膜通过掺入适量的Ga替代了部分In，优化了吸收层带隙与太阳光谱以获得最佳匹配。
所述缓冲层7可以为多晶CdS缓冲层、硫化锌(ZnS)缓冲层、Zn(O,S)缓冲层或三氧化二铟(In2O3)缓冲层。所述缓冲层7的厚度可以为20-80nm，例如，可以为50nm。当选择多晶CdS作为缓冲层时，由于CdS具有非常小的亚稳缺陷，同时CdS的长期稳定性较优，因此可以获得更好的效果。所述多晶CdS缓冲层为N型的，可以与P型的铜铟镓硒膜5形成P-N结。
所述窗口层可以包括无掺杂的本征氧化锌(i-ZnO)膜8以及有掺杂的氧化锌膜9(AZO膜或BZO膜)，所述本征氧化锌膜8设置在所述光电层上，所述氧化锌膜9设置在所述本征氧化锌膜8上。所述本征氧化锌膜8的厚度可以为10-120nm，例如，可以为80nm。BZO膜的电子迁移率较高，当选择BZO膜形成窗口层时，可以降低窗口层材料的内阻。为了减少电池正面的太阳光反射，可以采用绒面的BZO膜，实现对反射的太阳光进行二次阻挡，从而提高太阳光的吸收率，增加电池的短路电流Isc。所述BZO膜的厚度可以为200-1000nm，例如，可以为300nm。
在本申请实施例的太阳能电池中，所述光电层还可以包括配置为具有减反射功能的铜铟硒膜、铜铟镓硒硫膜、铜铟镓硫膜、铜铟镓铝硒膜、铜铟镓铝硒硫膜、铜铟镓铝硫膜、铜铟硒硫膜和铜铟硫膜中的任意一种或更多种，该膜层设置在所述中间层3与所述铜铟镓硒膜5之间。
在示例性实施例中，该膜层可以选择铜铟硒膜4(CIS膜)。所述铜铟硒膜4可以为禁带宽度在0.96eV左右的单晶CIS膜，单晶CIS膜可以进一步拓宽红外光谱的吸收波长，提高太阳电池的短路电流，并充分利用CIGS的空间电荷区(SCR)，实现对绝大部分太阳光的吸收，提高太阳电池的短路电流。所述单晶铜铟硒膜4的厚度可以为400-500nm。
铜铟硒膜4不但可以吸收散射到地面后再反射到电池背面的太阳光中的红外光，拓宽红外光谱的吸收波长，而且对电池正面的入射太阳光也有一定的吸收作用。因此引入铜铟硒膜4后可以适当降低铜铟镓硒膜5的厚度，并且铜铟硒膜4对正面的太阳光的吸收使得在减薄铜铟镓硒膜5的厚度后对正面太阳光的吸收没有损失，即能够与现有技术中的2-2.5μm厚的铜铟镓硒膜吸收同样多的正面光。本申请实施例的太阳能电池可以将铜铟镓硒膜5的厚度由2-2.5μm降低至0.8-0.9μm，使得铜铟镓硒膜5的厚度可以在0.8-2.5μm的范围内进行选择。当铜铟镓硒膜5的厚度在0.8-1.9μm范围内，例如为0.8-0.9μm时，可以减少铜铟镓硒膜5的材料用量，从而降低电池的成本，并保证铜铟镓硒膜5的良好吸光性能。
具有减反射功能的铜铟硒膜4可以降低照射到铜铟硒膜4上的太阳光的反射，使得更多的太阳光能够被CIS膜吸收。为了使铜铟硒膜4具有减反射功能，可以采用绒面的CIS膜。
本申请实施例的太阳能电池还可以包括钝化层6，所述钝化层6设置在所述铜铟镓硒膜5与所述缓冲层7之间。钝化层中的固定电荷对铜铟镓硒膜5表面的少子电子进行排斥，降低了铜铟镓硒膜5与所述缓冲层7的接触界面的复合，提高开路电压Voc。所述钝化层的厚度可以为10-50nm，例如，可以为20nm。所述钝化层6可以为三氧化二铝(Al2O3)膜、氮化硅(Si3N4)膜和二氧化硅(SiO2)膜中的任意一种或更多种。当所述钝化层6为三氧化二铝膜、氮化硅膜和二氧化硅膜中的两种或三种时，可以将两种或三种不同材料的膜层层叠加在一起作为钝化层，或者，在一层钝化层的不同区域设置两种或三种不同材料的膜。
本申请实施例的太阳能电池还可以包括减反膜10，所述减反膜10设置在所述窗口层上。所述减反膜10的引入可以减少电池正面的太阳光反射。所述减反膜的厚度可以为100-120nm。所述减反膜10可以选自氟化镁(MgF2)膜、氮化硅(SiNx)膜、二氧化钛(TiO2)膜和二氧化硅(SiO2)膜中的任意一种或更多种，形成单层或多层减反膜。在目前的研究及实验条件下，MgF2膜的反射相消效果相对较好，因而透射增强、减反效果好，因此当选择MgF2膜时能获得更好的效果。
本申请实施例的太阳能电池还可以包括前电极11，所述前电极11设置在所述减反膜10上。所述前电极11可以为镍铝电极或银电极，当选择镍铝电极时，生产成本更低。所述镍铝电极可以为Ni/Al电极或Ni/Al/Ni电极，镍铝电极中Ni层的厚度可以为40-50nm，Al层的厚度可以为1000-2000nm。其他导电材料制备的电极或者按照此形式改变电极材料的厚度或工艺方法制备得到的电极也可以应用于本申请中。
图1示出了由透光衬底1、透明导电膜2、透光中间层3、铜铟镓硒膜5、缓冲层7、本征氧化锌膜8和有掺杂的氧化锌膜9组成的太阳能电池的结构。其中，透光衬底1为透光率超过95％的超白低铁浮法玻璃；透明导电膜2为绒面的厚度为350-500nm的BZO膜；透光中间层3为厚度为10nm的硒化钼膜；铜铟镓硒膜5为厚度为0.8-0.9μm的P型多晶铜铟镓硒膜；缓冲层7为厚度为50nm的多晶CdS缓冲层；本征氧化锌膜8的厚度为80nm；有掺杂的氧化锌膜9为厚度为300nm的绒面的BZO膜。
图2示出了由透光衬底1、透明导电膜2、透光中间层3、铜铟硒膜4、铜铟镓硒膜5、钝化层6、缓冲层7、本征氧化锌膜8、有掺杂的氧化锌膜9、减反膜10和前电极11组成的太阳能电池的结构。其中，透光衬底1、透明导电膜2、透光中间层3、铜铟镓硒膜5、缓冲层7、本征氧化锌膜8和有掺杂的氧化锌膜9可以与图1所示的太阳能电池中的相应层相同；铜铟硒膜4为厚度为400-500nm的单晶CIS膜；钝化层6为厚度为20nm的Al2O3膜；减反膜10为厚度为100-120nm的单层MgF2膜或为厚度为110nm的MgF2与厚度为35nm的ZnS复合后形成的多层膜；前电极11为镍铝电极。
本申请实施例还提供了一种制备如上所述的太阳能电池的方法，所述方法可以包括：
在衬底上设置导电膜；
在所述导电膜上设置中间层；
在所述中间层上设置光电层；以及
在所述光电层上设置窗口层。
在衬底上设置导电膜可以包括：采用低压化学气相沉积(LPCVD)法、等离子化学气相沉积(PECVD)法或原子层沉积(ALD)法等方法在所述衬底上沉积BZO透明导电膜。
采用LPCVD法沉积BZO透明导电膜的工艺可以包括：采用二乙基锌(DEZ)气体、乙硼烷和水蒸汽为原料，在加热到140-175℃(例如，155℃)、真空度为0.2-2mbar(例如，0.5mbar)的真空腔室中进行化学反应，在衬底上沉积得到表面带有绒毛的BZO透明导电膜。
除了BZO透明导电膜，还可以采用磁控溅射法、溶胶-凝胶法、脉冲激光沉积法、真空蒸镀法、化学气相沉积法或电弧离子镀法等方法在衬底上沉积其他的透明导电膜，例如，AZO透明导电膜、ITO透明导电膜或FTO透明导电膜等。例如，在衬底上沉积AZO透明导电膜的工艺可以为：采用磁控溅射法(PVD)在衬底上沉积AZO透明导电膜，然后采用质量分数为0.5％的稀盐酸对AZO透明导电膜表面刻蚀20-40秒，制取表面带有绒毛的结构。
在所述导电膜上设置中间层可以包括：采用磁控溅射法、水热法、共蒸法、化学水浴法或脉冲激光沉积法在所述导电膜上沉积中间层。其中以磁控溅射法较优，因其具有效率较高、工艺可重复性强、薄膜厚度精确可控、杂质含量少、镀膜成分与靶材成分接近等优点，较易实现规模化生产。例如，当选择硒化钼膜作为中间层时，可以以纯度为99.99％的MoSe2靶材为原料，采用直流磁控溅射法在导电膜上沉积MoSe2膜。还可以采用其他的磁控溅射法，但直流磁控溅射法的工艺较为简单。由于中间层厚度较小时可以改善太阳能电池的性能，本申请实施例可以通过调节沉积中间层时的工艺条件，从而将中间层的厚度控制在5-20nm的范围内，该厚度的中间层可以透光。例如：采用磁控溅射法在所述导电膜上沉积中间层的工艺条件可以包括：以氩气为惰性气体，氩气的流量可以为10-40sccm，例如20sccm；溅射功率可以为120-180W，例如150W(仍可视生产节拍大幅提升，同时降低溅射时间)；工艺温度可以为20-150℃，例如100℃；工艺压强可以为5×10-1-9×10-1Pa，例如8×10-1Pa；溅射时间可以为40-300s(若生产节拍有需求，可降低该时间，并相应提高溅射功率)；真空腔室的本底真空度可以为8×10-4-4×10-3Pa，例如2.5×10-3Pa；靶材可以采用与期望形成的中间层相同的材料，靶基距可以为10-15cm，如12cm。
在所述中间层上设置光电层可以包括：在所述中间层上设置铜铟镓硒膜，以及在所述铜铟镓硒膜上设置缓冲层。
在所述中间层上设置铜铟镓硒膜可以包括：
采用电沉积法、溅射后硒化法或共蒸发法在所述中间层上沉积铜铟镓硒膜；以及
采用热蒸发法或硒化法对所述铜铟镓硒膜进行钾掺杂或钠掺杂。
所述共蒸发法可以为单步共蒸发法、两步共蒸发法或三步共蒸发法。
采用三步共蒸发法在中间层上沉积铜铟镓硒膜的工艺可以包括：
第一步：在真空腔室中，将Ga、In、Se线性源材料分别放入一个坩埚中，将盛有Ga的坩埚加热至990℃左右，将盛有In的坩埚加热至770℃左右，将盛有Se的坩埚加热至280℃左右，使Ga、In、Se被加热蒸发为蒸气，当衬底(已沉积有导电膜和中间层)被传送至真空腔室时，蒸气沉积在衬底的中间层上形成膜层。沉积膜层时，沉积温度(即衬底的温度)可以控制在400-600℃，例如，450℃；真空腔室的本底真空度可以≤5×10-6Pa，例如，约为3×10-6Pa或4×10-6Pa；沉积时间(即衬底在该真空腔室的停留时间)约为130-190秒；第一步结束时，Ga/Ga+In的摩尔比可以控制在0.3-0.35之间。
第二步：在真空腔室中，将Cu、Se线性源材料分别放入一个坩埚中，将盛有Cu的坩埚加热至1200℃左右，将盛有Se的坩埚加热至280℃左右，使Cu、Se被加热蒸发为蒸气，当第一步得到的衬底被传送至真空腔室时，蒸气沉积在第一步得到的衬底的膜层上，得到表面富铜的CIGS吸收层。沉积膜层时，沉积温度(即衬底(的温度)可以控制在500-650℃，例如，575度；真空腔室的本底真空度可以≤5×10-6Pa，例如，约为3×10-6Pa或4×10-6Pa；沉积时间(即衬底在该真空腔室的停留时间)约为130-190秒；第二步结束时，Cu/In+Ga的摩尔比可以控制在1.15-1.25之间。
第三步：在真空腔室中，将Ga、In、Se线性源材料分别放入一个坩埚中，将盛有Ga的坩埚加热至990℃左右，将盛有In的坩埚加热至770℃左右，将盛有Se的坩埚加热至280℃左右，使Ga、In、Se被加热蒸发为蒸气，当第二步得到的衬底被传送至真空腔室时，蒸气沉积在第二步得到的衬底的膜层上，得到表面贫铜的CIGS吸收层。沉积膜层时，沉积温度(即衬底的温度)可以控制在500-650℃，例如，575度；真空腔室的本底真空度可以≤5×10-6Pa，例如，约为3×10-6Pa或4×10-6Pa；沉积时间(即衬底在该真空腔室的停留时间)约为130-190秒；第三步结束时，Cu/In+Ga的摩尔比可以控制在0.85-0.9之间。
沉积速度可以通过控制各个线性源材料的加热温度实现。对于Ga线性源材料采取变温蒸发处理。第一步中，控制In、Se源加热温度恒定，使Ga源的温度从高到低逐步下降，可以控制薄膜生长速度为50-100nm/min；第二步中，控制Cu、Se源加热温度恒定，采用快速生长工艺，利用高温促使薄膜生长速度达到500nm/min；第三步中，控制In、Se源加热温度恒定，使Ca源温度逐步上升，可以控制薄膜生长速度为50-100nm/min。
该三步法共蒸发法的工艺设计目的是在CIGS薄膜吸收层的空间电荷区(SCR)内呈现富Ga状态，而准中性区域(QNR)含Ga量略低。这种中间区域含Ga量低、前、后区域含Ga量高的分布可以形成带隙梯度，形成背表面场，减少复合；中间的低带隙，可以吸收更多的光能。
沉积形成多晶CIGS膜后，采用热蒸发法或硒化法对所述铜铟镓硒膜进行钾掺杂或钠掺杂，例如，可以在CIGS膜表面以KF为原料，采用热蒸发法沉积厚度为10-50nm(例如，12nm)的KF。之后将该半成品放在装有石英管的加热炉中，以热蒸发硒源法通入Se蒸气，在380-580℃(例如，510℃)高温中进行热退火30-60分钟，使KF中的钾掺杂进入CIGS膜中。还可以选用其他含有钾或钠元素的材料代替KF，例如，NaF、NaS等材料。
上述进行钾掺杂时，K元素采用后沉积的形式掺入CIGS膜中，即先沉积CIGS膜，再进行K元素掺入。也可在沉积CIGS吸收层之前先沉积KF，或者在蒸发Cu、In、Ga、Se线性源材料的过程当中掺入K元素。
在所述铜铟镓硒膜上设置缓冲层可以包括：采用化学水浴法、真空镀膜法、分子束外延发、电子束蒸发法、高温热喷涂法或化学沉积法在所述铜铟镓硒膜上沉积CdS缓冲层。还可以以ZnS、Zn(O,S)、In2O3等材料为原料采用其他方法形成缓冲层。
在所述光电层上设置窗口层可以包括：在所述光电层的缓冲层上设置本征氧化锌膜，以及在所述本征氧化锌膜上设置掺硼氧化锌膜(BZO)或掺铝氧化锌膜(AZO)。
其中，可以采用磁控溅射法(PVD)在所述缓冲层上沉积所述本征氧化锌膜，本征氧化锌膜可以防止蒸镀掺硼氧化锌膜或掺铝氧化锌膜时损伤缓冲层。
在所述本征氧化锌膜上设置BZO膜可以包括：采用低压化学气相沉积(LPCVD)法、等离子化学气相沉积(PECVD)法或原子层沉积(ALD)法在所述本征氧化锌膜上沉积BZO膜。例如，采用LPCVD法沉积BZO膜的工艺可以包括：采用二乙基锌(DEZ)气体、乙硼烷和水蒸汽为原料，在加热到140-175℃(例如，155℃)、真空度为0.2-2mbar(例如，0.5mbar)的真空腔室中进行化学反应，在所述本征氧化锌膜上沉积得到表面带有绒毛的BZO透明导电膜。
在所述本征氧化锌膜上设置AZO膜可以包括：采用磁控溅射法、溶胶-凝胶法、脉冲激光沉积法、真空蒸镀法、化学气相沉积法或电弧离子镀法在所述本征氧化锌膜上沉积掺铝氧化锌膜。例如，采用磁控溅射法(PVD)在透光衬底上沉积AZO透明导电膜，然后采用质量分数为0.5％的稀盐酸对AZO透明导电膜表面刻蚀20-40秒，制取表面绒面结构。
在本申请实施例提供的方法中，在所述中间层上设置光电层还可以包括：在所述中间层上设置铜铟镓硒膜之前，在所述中间层上设置铜铟硒膜。然后在所述铜铟硒膜上设置所述铜铟镓硒膜。所述铜铟硒膜可以用铜铟镓硒硫膜、铜铟镓硫膜、铜铟镓铝硒膜、铜铟镓铝硒硫膜、铜铟镓铝硫膜、铜铟硒硫膜和铜铟硫膜中的任意一种或铜铟硒膜与上述膜层中的至少两种代替。
在本申请实施例中，可以采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)法、物理气相沉积(PVD)法或共蒸发法在所述中间层上沉积所述铜铟硒膜。
采用MOCVD法在所述中间层上沉积所述铜铟硒膜的工艺可以包括：以含In有机物三乙基铟(TMI，溶液)、含Se有机物二叔丁基硒醚(DTBSe)以及含Cu有机物三乙基磷化氢茂基铜(CpCuTEP)为原料，在MOCVD设备的反应腔室中，使腔室反应时的气压恒定地保持在10-100mbar(例如，可以为50mbar)左右，衬底(已沉积有导电膜和中间层)的温度控制在500-570℃之间，Se前驱物保持过量状态，按照使Se前驱物/(Cu前驱物+In前驱物)的摩尔比约等于14-15的量通入前驱物。还可以采用其他工艺方法形成单晶CIS膜。
本申请实施例提供的方法还可以包括：在设置铜铟镓硒膜之后，在所述铜铟镓硒膜上设置缓冲层之前，在所述铜铟镓硒膜上设置钝化层。然后在所述钝化层上设置所述缓冲层。其中，可以采用原子层淀积法(ALD)、溶胶-凝胶法、脉冲激光沉积法、真空蒸镀法、化学气相沉积法或电弧离子镀法等方法在所述铜铟镓硒膜上沉积所述钝化层。
如上所述，在CIGS膜表面沉积KF后，以热蒸发硒源法进行钾掺杂或钠掺杂。但当本申请实施例提供的方法中包括在所述铜铟镓硒膜上设置钝化层的步骤时，则可以在形成钝化层后再将半成品放在装有石英管的加热炉中，以热蒸发硒源法进行钾掺杂或钠掺杂，这样可以提高钝化层的钝化效果。
本申请实施例提供的方法还可以包括：在所述窗口层上设置减反膜。例如，可以采用电子束蒸发法在所述窗口层上沉积形成所述减反膜。
本申请实施例提供的方法还可以包括：在所述减反膜上设置前电极。例如，可以采用电子束蒸发法在所述减反膜上沉积形成所述前电极。
在本申请的描述中，术语“更多种”是相对于“一种”而言，意为两种或两种以上。
虽然本申请所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本申请而采用的实施方式，并非用以限定本申请。任何本申请所属领域内的技术人员，在不脱离本申请所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本申请的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种太阳能电池，所述太阳能电池包括：
导电膜、光电层和设置在所述光电层上的窗口层；以及
设置在所述导电膜和所述光电层之间并且配置为与所述光电层实现准欧姆接触的中间层。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述光电层包括设置在所述中间层上的铜铟镓硒膜，和设置在所述铜铟镓硒膜上的缓冲层。
3.根据权利要求2所述的太阳能电池，其中，所述光电层还包括设置在所述中间层与所述铜铟镓硒膜之间的配置为具有减反射功能的铜铟硒膜、铜铟镓硒硫膜、铜铟镓硫膜、铜铟镓铝硒膜、铜铟镓铝硒硫膜、铜铟镓铝硫膜、铜铟硒硫膜和铜铟硫膜中的任意一种或更多种；
任选地，所述铜铟镓硒膜的厚度为0.8-1.9μm。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述中间层为透光的硒化钼膜、硒化钛膜、硒化锆膜、硒化铪膜、硒化钒膜、硒化铌膜、硒化铬膜、硒化钨膜、硒化钽膜、硒化锰膜和硒化铼膜中的任意一种或更多种。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的太阳能电池，其中，所述窗口层包括设置在所述光电层上的本征氧化锌膜，和设置在所述本征氧化锌膜上的掺铝氧化锌膜或掺硼氧化锌膜；
任选地，所述窗口层包括设置在所述光电层上的本征氧化锌膜，和设置在所述本征氧化锌膜上的绒面掺硼氧化锌膜。
6.一种制备太阳能电池的方法，所述方法包括：
在衬底上设置导电膜；
在所述导电膜上设置中间层；
在所述中间层上设置光电层；以及
在所述光电层上设置窗口层。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，在所述导电膜上设置中间层包括：采用磁控溅射法在所述导电膜上沉积所述中间层；
任选地，采用磁控溅射法在所述导电膜上沉积所述中间层包括：以氩气为惰性气体，采用与所述中间层相同材料的靶材，在氩气的流量为10-40sccm、溅射功率为120-180W、温度为20-150℃、压强为5×10-1-9×10-1Pa的条件下沉积所述中间层。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其中，在所述中间层上设置光电层包括：在所述中间层上设置铜铟镓硒膜，以及在所述铜铟镓硒膜上设置缓冲层；
在所述中间层上设置所述铜铟镓硒膜包括：采用三步共蒸发法在所述中间层上沉积所述铜铟镓硒膜；以及采用热蒸发法对所述铜铟镓硒膜进行钾掺杂或钠掺杂；
任选地，采用三步共蒸发法沉积所述铜铟镓硒膜时，第一步的沉积温度为400-600℃，本底真空度≤5×10-6Pa，第二步的沉积温度为500-650℃，本底真空度≤5×10-6Pa，第三步的沉积温度为500-650℃，本底真空度≤5×10-6Pa；还任选地，第一步结束时，Ga/Ga+In的摩尔比在0.3-0.35之间，第二步结束时，Cu/In+Ga的摩尔比在1.15-1.25之间，第三步结束时，Cu/In+Ga的摩尔比在0.85-0.9之间；
任选地，采用热蒸发法对所述铜铟镓硒膜进行钾掺杂或钠掺杂包括：以KF、NaF或NaS为原料在所述铜铟镓硒膜表面沉积KF膜、NaF膜或NaS膜，然后采用热蒸发硒源法通入硒蒸气，在380-580℃温度下热退火30-60分钟，使钾或钠掺杂进入所述铜铟镓硒膜中。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，在所述中间层上设置光电层还包括：在所述中间层上设置铜铟镓硒膜之前，在所述中间层上设置铜铟硒膜。
10.根据权利要求8或9所述的方法，所述方法还包括：在设置铜铟镓硒膜之后，在所述铜铟镓硒膜上设置缓冲层之前，采用原子层淀积法在所述铜铟镓硒膜上设置钝化层；
任选地，在所述光电层上设置窗口层包括：采用磁控溅射法在所述光电层上设置本征氧化锌膜，以及采用低压化学气相沉积法在所述本征氧化锌膜上设置绒面掺硼氧化锌膜；还任选地，采用低压化学气相沉积法在所述本征氧化锌膜上设置绒面掺硼氧化锌膜包括：采用二乙基锌气体、乙硼烷和水蒸汽为原料，在温度为140-175℃、真空度为0.2-2mbar的条件下在所述本征氧化锌膜上沉积绒面掺硼氧化锌膜。
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