CN110854221A - 光吸收层、太阳能电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光吸收层、太阳能电池及其制备方法，属于太阳能电池领域。所述光吸收层包括：依次层叠的第一光吸收层、渐变带隙层和第二光吸收层；第一光吸收层的带隙宽度小于第二光吸收层的带隙宽度；渐变带隙层的带隙宽度介于第一光吸收层的带隙宽度和第二光吸收层的带隙宽度之间，沿第一光吸收层至第二光吸收层的方向，渐变带隙层的带隙宽度逐渐增大。本发明通过第一光吸收层、渐变带隙层和第二光吸收层的配合，增大了光吸收层的带隙宽度的覆盖范围，增大光吸收层可吸收光的波长范围，提高太阳能电池的转化效率；由于对近红外光的拓宽吸收，可降低因近红外光无法利用产生热积累而导致的电池性能衰退现象，这也使光吸收层具有优异的弱光效应。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池领域，特别涉及一种光吸收层、太阳能电池及其制备方法。
背景技术
太阳能电池，是通过光电效应或者光化学效应将光能转变为电能的装置。基于太阳能电池不产生二次污染，并具有运行成本低的特点，被广泛应用于各个领域，例如交通领域。
相关技术中，太阳能电池包括：衬底、依次层叠于衬底上的背电极层、光吸收层、过渡层、窗口层、栅电极。其中，光吸收层为铜铟镓硒(CIGS)膜层。
铜铟镓硒膜层的带隙宽度的覆盖范围为1.02eV～1.25eV，使其无法利用光子能量小于1.02eV的光，容易使太阳能电池的温度升高，使得太阳能电池的开路电压降低，进而降低太阳能电池的转化效率，甚至在长期热积累作用下，使太阳能电池的性能发生永久性衰退。
发明内容
鉴于上述问题，本发明实施例提供了一种光吸收层、太阳能电池及其制备方法。所述技术方案如下：
第一方面，提供了一种光吸收层，所述光吸收层包括：依次层叠的第一光吸收层、渐变带隙层和第二光吸收层；
所述第一光吸收层的带隙宽度小于所述第二光吸收层的带隙宽度；
所述渐变带隙层的带隙宽度介于所述第一光吸收层的带隙宽度和所述第二光吸收层的带隙宽度之间；
且，沿所述第一光吸收层至所述第二光吸收层的方向，所述渐变带隙层的带隙宽度逐渐增大。
在一种可能的设计中，所述光吸收层为p-n-p型，或者，n-p-n型。
在一种可能的设计中，所述第一光吸收层为掺杂有碲元素的锑化镓膜层；
所述渐变带隙层为掺杂有锌元素的AlxGa(1-x)Sb膜层，其中，沿所述第一光吸收层至所述第二光吸收层的方向，x由0逐渐增加至0.3；
所述第二光吸收层为铜铟镓硒膜层。
在一种可能的设计中，x每次增加0.05～0.1。
第二方面，提供了一种太阳能电池，所述太阳能电池包括：依次层叠的衬底、背电极层、第一方面任一项所述的光吸收层；
且，所述光吸收层的第一光吸收层设置于所述背电极层上。
第三方面，提供了一种如第二方面所述的太阳能电池的制备方法，所述制备方法包括：
提供衬底；
在所述衬底上依次形成背电极层、第一光吸收层、渐变带隙层和第二光吸收层。
在一种可能的设计中，所述第一光吸收层为掺杂有碲元素的锑化镓膜层；
所述渐变带隙层为掺杂有锌元素的AlxGa(1-x)Sb膜层，其中，沿所述第一光吸收层(11)至所述第二光吸收层(13)的方向，x由0逐渐增加至0.3；
所述第二光吸收层为铜铟镓硒膜层。
在一种可能的设计中，形成所述第一光吸收层包括：
将所述衬底加热至680℃～710℃，并通过真空蒸发的形式，将镓、锑、碲元素沉积于所述背电极层上，形成所述第一光吸收层；
其中，所述第一光吸收层中镓、锑、碲元素的原子比为1:1:(5×10-10～5×10-8)。
在一种可能的设计中，形成所述渐变带隙层包括：
将所述衬底加热至680℃～710℃，并通过真空蒸发的形式，将镓、锑、锌元素沉积于所述第一光吸收层上，形成第一膜层；
将所述衬底冷却至650℃～700℃，并通过真空蒸发的形式，将铝、镓、锑、锌元素沉积于所述第一膜层上，形成第二膜层；
所述第一膜层与所述第二膜层构成所述渐变带隙层；
其中，所述第一膜层中镓、锑、锌元素的原子比为1:1:(5×10-7～5×10-5)；
所述第二膜层中铝、镓、锑、锌元素的原子比为x:(1-x):1:(5×10-7～5×10-5)，其中，沿所述第一光吸收层至所述第二光吸收层的方向，x由0逐渐增加至0.3。
在一种可能的设计中，形成所述第二光吸收层包括：
将所述衬底加热至400℃～450℃，并通过真空蒸发的形式，将铟、镓、硒元素沉积于所述渐变带隙层上，形成预制层；
将所述衬底加热至550℃～650℃，并通过真空蒸发的形式，将硒、铜元素沉积于所述预制层上，形成富铜光吸收层；
通过真空蒸发的形式，将铟、镓、硒元素沉积于所述富铜光吸收层上，形成所述第二光吸收层；
其中，所述预制层中铟、镓、硒元素的原子比为(0.6～0.65):(0.4～0.35):1.5；
所述富铜光吸收层中铜、铟、硒元素的原子比为(0.95～1.1):(0.6～0.65):2；
所述第二光吸收层中铜、铟、镓、硒元素的原子比为(0.88～0.95):(0.65～0.7):(0.35～0.3):2。
在一种可能的设计中，形成所述第二光吸收层后，使所述衬底降温至350℃～400℃，并保温5min～10min，然后空冷至20℃～30℃。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
本发明实施例提供的光吸收层，通过设置第一光吸收层与第二光吸收层，由于第一光吸收层的带隙宽度小于第二光吸收层的带隙宽度，可增大光吸收层的带隙宽度的覆盖范围；另外，通过在第一光吸收层与第二光吸收层之间设置有带隙宽度介于第一光吸收层的带隙宽度和第二光吸收层的带隙宽度之间的渐变带隙层，且沿第一光吸收层至第二光吸收层的方向，渐变带隙层的带隙宽度逐渐增大，可避免第一光吸收层与第二光吸收层之间的带隙不匹配，以保证光吸收层的带隙连续。
综上所述，本发明实施例提供的光吸收层，通过第一光吸收层、渐变带隙层和第二光吸收层的配合，增大了光吸收层的带隙宽度的覆盖范围，进而增大光吸收层可吸收光的波长范围，提高太阳能电池的转化效率；同时由于对近红外光的拓宽吸收，一定程度可降低因近红外光无法利用产生热积累而导致的电池性能衰退现象，这也使光吸收层具有优异的弱光效应。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的光吸收层的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的光吸收层的带隙宽度的覆盖范围的示意图；
图3是本发明实施例提供的太阳能电池的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的共蒸发系统的结构示意图。
其中，附图中的各个标号说明如下：
1-光吸收层；
11-第一光吸收层；
12-渐变带隙层；
13-第二光吸收层；
2-衬底；
3-背电极层；
4-过渡层；
5-窗口层；
6-栅电极；
M1-真空腔体；
M2-蒸发源装置；
M3-组分控制器；
M4-衬底加热器；
M5-转轴。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
第一方面，本发明实施例提供了一种光吸收层，如附图1所示，该光吸收层1包括：依次层叠的第一光吸收层11、渐变带隙层12和第二光吸收层13；第一光吸收层11的带隙宽度小于第二光吸收层13的带隙宽度；渐变带隙层12的带隙宽度介于第一光吸收层11的带隙宽度和第二光吸收层13的带隙宽度之间，且，沿第一光吸收层11至第二光吸收层13的方向，渐变带隙层12的带隙宽度逐渐增大。
本发明实施例提供的光吸收层，通过设置第一光吸收层11与第二光吸收层13，由于第一光吸收层11的带隙宽度小于第二光吸收层13的带隙宽度，可增大光吸收层1的带隙宽度的覆盖范围；另外，通过在第一光吸收层11与第二光吸收层13之间设置带隙宽度介于第一光吸收层11的带隙宽度和第二光吸收层13的带隙宽度之间的渐变带隙层12，且沿第一光吸收层11至第二光吸收层13的方向，渐变带隙层12的带隙宽度逐渐增大，可避免第一光吸收层11与第二光吸收层13之间的带隙不匹配，以保证光吸收层1的带隙连续。
举例来说，若光吸收层1中的第二光吸收层13为具有双镓浓度梯度的铜铟镓硒膜层，其带隙宽度的覆盖范围为1.02eV～1.25eV；第一光吸收层11为锑化镓膜层，其带隙宽度为0.72eV；渐变带隙层12为AlxGa(1-x)Sb膜层，其中，沿锑化镓膜层至铜铟镓硒膜层的方向，x由0逐渐增加至0.3，该膜层的带隙宽度的覆盖范围为0.72eV～1.2eV。则，该光吸收层1的带隙宽度的覆盖范围为0.72eV～1.25eV(参见附图2)，即可以吸收光子能量的下限拓宽至0.72eV，使其可利用光子能量小于1.02eV的光，即波长大于1215nm的光，可降低近红外光造成太阳能电池的温度升高，从而降低了太阳能电池开路电压衰减，进而增大太阳能电池的转化效率，同时也降低了太阳能电池由于长期热积累而导致的永久性性能衰退问题，也使光吸收层具有优异的弱光效应。
需要说明的是，附图2中的EC指的是导带低能量，EV指的是价带顶能量。
综上所述，本发明实施例提供的光吸收层，通过第一光吸收层11、渐变带隙层12和第二光吸收层13的配合，可增大光吸收层1的带隙宽度的覆盖范围，进而可增大光吸收层1可吸收的光的波长范围，提高太阳能电池的转化效率；同时由于对近红外光的拓宽吸收，一定程度可降低因近红外光无法利用产生热积累而导致的电池性能衰退现象，这也使光吸收层1具有优异的弱光效应。
本发明实施例中，光吸收层1为p-n-p型，或者，n-p-n型。举例来说，若第二光吸收层13为具有双镓浓度梯度的铜铟镓硒膜层，则光吸收层1为p-n-p型。通过如上设置，可使光吸收层1中相邻膜层之间形成PN结，有利于每个膜层中光生电子空穴对的分离输运，便于光的吸收利用，以提高太阳能电池的转化效率。
可以理解的是，光吸收层1中相邻两个膜层为不同种类的半导体层，其中，第一光吸收层11可为p型半导体层，对应地，渐变带隙层12为n型半导体层，第二光吸收层13为p型半导体层。或者，第一光吸收层11可为n型半导体层，对应地，渐变带隙层12为p型半导体层，第二光吸收层13为n型半导体层。
其中，本发明实施例中，渐变带隙层12可包括：多个子带隙层，沿第一光吸收层11至第二光吸收层13的方向，多个子带隙层的带隙宽度逐渐增大。可以理解的是，每个子带隙层的带隙宽度为一定值。
可见，通过设置多个带隙宽度不同的子带隙层，既可以使渐变带隙层12的带隙宽度沿第一光吸收层11至第二光吸收层13的方向逐渐增大，也便于渐变带隙层12的制备。
关于子带隙层的层数设置，其层数越多，越有利于使光吸收层1的带隙连续，以增大可吸收光的波长范围。又基于制备的复杂程度，可对渐变带隙层12的层数进行设置，例如可依次层叠3层～6层子渐变带隙层，具体来说，可设置3层、4层、5层或6层子渐变带隙层。
另外，上述每个子带隙层中的组成元素可相同，即可通过改变组成元素的原子比来制备不同带隙宽度的子带隙层，举例来说，每个子带隙层均设置为AlxGa(1-x)Sb膜层，且x沿第一光吸收层11至第二光吸收层13的方向逐渐增大，具体地，可依次层叠GaSb膜层、Al0.05Ga0.95Sb膜层、Al0.1Ga0.9Sb膜层、Al0.15Ga0.85Sb膜层、Al0.2Ga0.8Sb膜层、Al0.25Ga0.75Sb膜层、Al0.3Ga0.7Sb膜层。
或者，每个子带隙层的组成元素不全相同或者完全相同，即通过改变组成成分来制备不同带隙宽度的子带隙层。举例来说，一部分子带隙层可设置为AlxGa(1-x)Sb膜层，另一部分子带隙层可设置为Zn(1-y)CdyO膜层。其中，x、y的取值可根据第一光吸收层11、第二光吸收层13的带隙宽度以及多个子带隙层的层叠顺序进行设置。
基于通过改变组成元素的原子比来制备不同带隙宽度的子带隙层的方式便于渐变带隙层12的制备，本发明实施例优先采用。
本发明实施例中，第二光吸收层13可设置为碲化镉膜层或者铜铟镓硒膜层等。基于铜铟镓硒膜层具有高达104cm-1数量级的吸收系数，光吸收能力强，发电稳定性好、转化效率高，白天发电时间长、发电量高、生产成本低以及能源回收周期短等优点，可优先采用。
进一步地，上述铜铟镓硒膜层可设置为具有双镓浓度梯度的铜铟镓硒膜层，可提高太阳能电池的转化效率。
对应地，渐变带隙层12可为掺杂有锌元素的AlxGa(1-x)Sb膜层，其中，沿第一光吸收层11至第二光吸收层13的方向，x由0逐渐增加至0.3；第一光吸收层11可为掺杂有碲元素的锑化镓膜层。
通过如上设置，既可使光吸收层1的带隙宽度的覆盖范围扩展至0.72eV～1.2eV，也可在节省制备成本的前提下，将光吸收层1设置成p-n-p型，以提高太阳能电池的转化效率。需要说明的是，上述渐变带隙层12可包括多个子带隙层，即通过多次沉积工艺获取，且每次沉积得到不同原子比的AlxGa(1-x)Sb膜层。
其中，x每次增加0.05～0.1，即x以0.05～0.1为步长进行逐渐增加，例如，可每次上调0.05、0.06、0.07、0.08、0.09或0.1等。通过如此设置，即便于渐变带隙层12的制备，也能有效提高太阳能电池的转化效率。
第二方面，本发明实施例还提供了一种太阳能电池，如附图3所示，该太阳能电池包括：依次层叠的衬底2、背电极层3、上述第一方面所述的光吸收层1；且，光吸收层1的第一光吸收层11设置于背电极层3上。
本发明实施例提供的太阳能电池，通过将光吸收层1设置成依次层叠的第一光吸收层11、渐变带隙层12和第二光吸收层13，可增大光吸收层1的带隙宽度的覆盖范围，进而增大光吸收层1可吸收的光的波长范围，提高太阳能电池的转化效率。
其中，在本发明实施例中，如附图3所示，太阳能电池还包括依次层叠于光吸收层1上的过渡层4、窗口层5以及栅电极6。通过如此设置，不仅便于太阳能电池的制备，而且该种太阳能电池具有优良的转化效率。
具体地，本发明实施例所涉及的衬底2可以是单晶硅、多晶硅、不锈钢、钢化玻璃或者钠钙玻璃。进一步地，该衬底2的热膨胀系数要略大于光吸收层1的热膨胀系数。
背电极层3的材质可设置过钼、石墨、金、银等材质。基于钼具有良好的导电性能，且在高温下不易扩散至光吸收层1中，本发明实施例优先采用。
光吸收层1的结构、材质均可与第一方面所提供的光吸收层1的结构、材质相同，在此不进行赘述。
过渡层4可设置为硫化镉薄膜，可有效缓冲光吸收层1与窗口层5之间的晶格失配，并形成异质p-n结。
窗口层5可包括依次层叠的高阻氧化锌(本征氧化锌)膜层和低阻氧化锌(掺杂有铝元素的氧化锌)膜层，其中，高阻氧化锌膜层设置在过渡层4上。
栅电极6可设置为Ni-Al栅电极6，可有效收集电能。
第三方面，本发明实施例还提供了一种如第二方面所述的太阳能电池的制备方法，该制备方法包括：
步骤S1、提供衬底2。
步骤S2、在衬底2上依次形成背电极层3、第一光吸收层11、渐变带隙层12和第二光吸收层13。
本发明实施例提供的太阳能电池的制备方法，通过在背电极层3上依次形成第一光吸收层11、渐变带隙层12、第二光吸收层13，可增大光吸收层1的带隙宽度的覆盖范围，进而增大光吸收层1可吸收光的波长范围，提高太阳能电池的转化效率。
下面就本发明实施例提供的太阳能电池的制备方法的各个步骤进行描述：
对于步骤S1而言，可采用超声工艺对衬底2进行清洁处理，以保证衬底2的表面无杂质。具体为，对衬底2依次进行丙酮超声清洗、一次去离子水清洗、乙醇超声清洗、二次去离子水清洗、去离子水超声清洗、高压氮气吹干工序处理。
对于步骤S2而言，为了提高太阳能电池的转换效率，又为了便于太阳能电池的制备，该步骤又具体包括：
步骤201，在衬底2上依次形成背电极层3、第一光吸收层11、渐变带隙层12、第二光吸收层13；
步骤202，在第二光吸收层13上依次形成过渡层4、窗口层5、栅电极6，以得到太阳能电池。
其中，可通过粘贴的方式或沉积的方式依次在衬底2上形成背电极层3、第一光吸收层11、渐变带隙层12、第二光吸收层13、过渡层4、窗口层5、栅电极6。基于各个膜层的厚度为纳米级，为了便于太阳能电池的制备，本发明实施例优先采用沉积的方式在衬底2上形成上述各个膜层。
对于第一光吸收层11、渐变带隙层12、第二光吸收层13的沉积方式，可设置为真空蒸发法、磁控溅射等方式。基于真空蒸发发可提高太阳能电池的质量以及转化率，本发明实施例优先采用。
具体地，可利用共蒸发系统在背电极层3上依次沉积第一光吸收层11、渐变带隙层12、第二光吸收层13。
其中，如附图4所示，共蒸发系统包括：真空腔体M1，以及分别设置在真空腔体M1内的多个蒸发源装置M2、组分控制器M3、可转动的衬底加热器M4；衬底加热器M4用于固定并加热衬底2；蒸发源装置M2与衬底加热器M4相对设置；蒸发源装置M2包括：容器、用于加热容器的加热器；组分控制器M3包括：X射线荧光光谱仪，与X射线荧光光谱仪电连接的控制器；控制器与蒸发源装置M2的加热器电连接，用于控制容器的温度。
通过如上设置，通过将衬底加热器M4可转动地设置在真空腔体M1内，可使沉积在衬底2上的膜层成分均匀，提高光吸收层1的质量；另外，通过在真空腔体M1内设置组分控制器M3，可获取沉积在衬底2上的膜层成分，并将沉积在衬底2上的膜层成分与膜层的预设成分进行对比，以调节加热器的功率，进而保证沉积在衬底2上的膜层成分与预设成分相同。
其中，衬底加热器M4可通过转轴M5设置在真空腔体M1内(参见附图4)。且，衬底加热器M4上设置有电阻丝，以对衬底2进行加热。
蒸发源装置M2的容器可为耐高温、且不与蒸发源反应的坩埚，举例来说，可设置为石英坩埚，该类坩埚易获取，且价格低廉。另外，蒸发源装置M2的加热器为电加热器。
为了提高光吸收层1的光吸收能力，又为了在节省制备成本的前提下，提高太阳能电池的转化效率，本发明实施例中，第一光吸收层11为掺杂有碲元素的锑化镓膜层；渐变带隙层12为掺杂有锌元素的AlxGa(1-x)Sb膜层，其中，沿第一光吸收层11至第二光吸收层13的方向，x由0逐渐增加至0.3；第二光吸收层13为铜铟镓硒膜层。其中，第二光吸收层13可为具有双镓浓度梯度的铜铟镓硒膜层。
故，可利用上述共蒸发系统，在设置有背电极层3的衬底2上依次沉积上述类型的第一光吸收层11、渐变带隙层12、第二光吸收层13，以提高太阳能电池的制备效率。
其中，在背电极层3上形成第一光吸收层11，可包括：将衬底2加热至680℃～710℃，并通过真空蒸发的形式，将镓、锑、碲元素沉积于背电极层3上，形成第一光吸收层11；其中，第一光吸收层11中镓、锑、碲元素的原子比为1:1:(5×10-10～5×10-8)。
具体为，先将设置有背电极层3的衬底2固定在衬底加热器M4上，并向对应的蒸发源装置M2中一一添加镓、锑、碲单质。将衬底2加热至680℃～710℃，并使衬底加热器M4以40转/分～60转/分的转速进行旋转，然后开启蒸发源装置M2的加热器，使镓、锑、碲元素共同蒸发，以沉积于背电极层3上，形成镓、锑、碲元素的原子比为1:1:(5×10-10～5×10-8)的第一光吸收层11。
需要说明的是，一个蒸发源装置M2对应一种元素，即向一个蒸发源装置M2的容器中只加入一种单质。
其中，通过将衬底2加热至680℃～710℃，举例来说，可设置为680℃、690℃、700℃、710℃等，有利于薄膜晶体的生长。
第一光吸收层11的沉积厚度可设置为500nm～1000nm，举例来说，可设置为500nm、600nm、700nm、800nm、900nm、1000nm等，通过如此设置，可提高光吸收层1的吸收光能力。
真空腔体M1内的真空度可设置为10-3Pa～10-4Pa，这样不仅保证镓、锑、碲元素的真空蒸发，而且也可避免浪费额外的时间向真空腔体M1内抽真空，提高光吸收层1的制备进度。
另外，镓、锑、碲元素的蒸发温度分别为1100℃～1200℃、700℃～800℃、600℃～700℃。
其中，在第一光吸收层11上形成渐变带隙层12，包括：
步骤a1、将衬底2加热至680℃～710℃，并通过真空蒸发的形式，将镓、锑、锌元素沉积于第一光吸收层11上，形成第一膜层。
步骤a2、将衬底2冷却至650℃～700℃，并通过真空蒸发的形式，将铝、镓、锑、锌元素沉积于第一膜层上，形成第二膜层。
第一膜层与第二膜层构成渐变带隙层12；其中，第一膜层中镓、锑、锌元素的原子比为1:1:(5×10-7～5×10-5)；第二膜层中铝、镓、锑、锌元素的原子比为x:(1-x):1:(5×10-7～5×10-5)，其中，沿第一光吸收层11至第二光吸收层13的方向，x由0逐渐增加至0.3。
本发明实施例通过二步法在低宽带吸收层上形成渐变带隙层12，这不仅使渐变带隙层12与第一光吸收层11之间有效形成p-n结，也起到了在窄带隙吸收11层与第二光吸收层13之间的带隙匹配的作用。
针对于步骤a1，具体为先将设置有背电极层3、第一光吸收层11的衬底2固定在衬底加热器M4上，并向对应的蒸发源装置M2中一一添加镓、锑、锌单质。将衬底2加热至680℃～710℃，并使衬底加热器M4以40转/分～60转/分的转速进行旋转，然后开启蒸发源装置M2的加热器，使镓、锑、锌元素共同蒸发，以沉积于第一光吸收层11上，形成镓、锑、锌元素的原子比为1:1:(5×10-7～5×10-5)的第一膜层。
第一膜层的沉积厚度可设置为500nm～1000nm，举例来说，可设置为500nm、600nm、700nm、800nm、900nm、1000nm等，通过如此设置，可提高光吸收层1的吸收光能力。
真空腔体M1内的真空度可设置为10-3Pa～10-4Pa。另外，镓、锑、锌元素的蒸发温度分别为1100℃～1200℃、700℃～800℃、500℃～600℃。
针对于步骤a2，具体为，先向对应的蒸发源装置M2中添加铝单质，并保证其他蒸发装置中的镓、锑、锌单质的量充足。将衬底2加热至650℃～700℃，并使衬底加热器M4以40转/分～60转/分的转速进行旋转，然后开启蒸发源装置M2的加热器，使镓、锑、锌元素共同蒸发。且随着第二膜层的沉积，调节铝、镓、锑、锌元素对应的蒸发源装置M2的加热器，使AlxGa(1-x)Sb膜层(即第二膜层)中的x逐渐由0增至0.3，以在第一膜层上形成第二膜层。
可以理解的是，上述第二膜层是通过多次沉积工艺制备获取的，且，随着第二膜层的沉积，x的值逐渐变大，举例来说，x的值可随着第二膜层的沉积，顺次设置为0、0.05、0.1、0.15、0.2、0.25、0.3，即在第一膜层上依次层叠GaSb膜层、Al0.05Ga0.95Sb膜层、Al0.1Ga0.9Sb膜层、Al0.15Ga0.85Sb膜层、Al0.2Ga0.8Sb膜层、Al0.25Ga0.75Sb膜层、Al0.3Ga0.7Sb膜层。
且，第一膜层、第二膜层也可利用不同的共蒸发系统制备获取；渐变带隙层12与第一光吸收层11也可利用不同的共蒸发系统制备获取，或者，利用同一个共蒸发系统制备获取，此时，应避免一个蒸发装置源装置内盛放多种单质。
其中，第二膜层的沉积厚度可设置为300nm～5000nm，举例来说，可设置为300nm、400nm、500nm等，通过如此设置，可提高光吸收层1的吸收光能力。
真空腔体M1内的真空度可设置为10-3Pa～10-4Pa。另外，镓、锑、锌、铝元素的蒸发温度分别为1100℃～1200℃、700℃～800℃、500℃～600℃、1200℃～1300℃。
其中，在渐变带隙层12上形成第二光吸收层13，包括：
步骤b1、将衬底2加热至400℃～450℃，并通过真空蒸发的形式，将铟、镓、硒元素沉积于渐变带隙层12上，形成预制层。
步骤b2、将衬底2加热至550℃～650℃，并通过真空蒸发的形式，将硒、铜元素沉积于预制层上，形成富铜的第二光吸收层。
步骤b3、通过真空蒸发的形式，将铟、镓、硒元素沉积于富铜光吸收层上，形成第二光吸收层13。
其中，预制层中铟、镓、硒元素的原子比为(0.6～0.65):(0.4～0.35):1.5；富铜光吸收层中铜、铟、硒元素的原子比为(0.95～1.1):(0.6～0.65):2；第二光吸收层13中铜、铟、镓、硒元素的原子比为(0.88～0.95):(0.65～0.7):(0.35～0.3):2。
本发明实施例通过三步法在渐变带隙层12上设置第二光吸收层13，即双镓浓度梯度的铜铟镓硒膜层，这可得到表面光滑的铜铟镓硒膜层，有利于提高太阳能电池的转化效率。
针对于步骤b1，具体为，先将设置有背电极层3、第一光吸收层11、渐变带隙层12的衬底2固定在衬底加热器M4上，并向对应的蒸发源装置M2中一一添加铟、镓、硒单质。将衬底2加热至400℃～450℃，并使衬底加热器M4以40转/分～60转/分的转速进行旋转，然后开启蒸发源装置M2的加热器，使铟、镓、硒元素共同蒸发，以沉积于渐变带隙层12上，形成铟、镓、硒元素的原子比为(0.6～0.65):(0.4～0.35):1.5的预制层,即(In,Ga)2Se3膜层。
其中，上述预制层中的铟、镓、硒元素的原子比可具体设置为0.6:0.4:1.5、0.65:0.35:1.5、0.62:0.38:1.5等。
需要说明的是，预制层中的铟、镓元素的原子个数之和与硒元素的原子个数的比值为1:1.5。
另外，真空腔体M1内的真空度可设置为10-3Pa～10-4Pa。另外，铟、镓、硒元素的蒸发温度分别为1000℃～1100℃、1100℃～1200℃、350℃～450℃。
预制层的沉积厚度可设置为0.5μm～0.8μm，举例来说，可设置为0.5μm、0.6μm、0.7μm、0.8μm等，通过如此设置，可提高光吸收层1的吸收光能力。
针对于步骤b2，具体为，先向对应的蒸发源装置M2中添加铜单质，并保证其他蒸发装置中的硒单质的量充足。将衬底2加热至550℃～650℃，并使衬底加热器M4以40转/分～60转/分的转速进行旋转，然后开启蒸发源装置M2的加热器，使硒、铜元素共同蒸发，沉积于预制层上，并与预制层发生反应，以使预制层生成铜、铟、硒元素的原子比为(0.95～1.1):(0.6～0.65):2的富铜光吸收层，即Cux(In,Ga)Se2膜层。
其中，上述富铜光吸收层中的铟、镓、硒元素的原子比可具体设置为0.95:0.6:2、1.1:0.65:2、1.0:0.62:2等。
可为理解的是，富铜光吸收层中的铜、铟、镓、硒元素的原子比为(0.95～1.1):(0.6～0.65):(0.4～0.35):2，即富铜光吸收层中的铟、镓元素的原子个数之和与铜、硒元素的原子个数的比值为1：(0.95～1.1)：2。
上述真空腔体M1内的真空度可设置为10-3Pa～10-4Pa。硒、铜元素的蒸发温度分别为350℃～450℃、1400℃～1500℃。
针对于步骤b3，具体为，将衬底2加热至550℃～650℃，并使衬底加热器M4以40转/分～60转/分的转速进行旋转，然后开启蒸发源装置M2的加热器，使铟、镓、硒元素共同蒸发，沉积于富铜的第二光吸收层上，并与富铜光吸收层发生反应，以使富铜光吸收层生成铜、铟、镓、硒元素的原子比为(0.88～0.95):(0.65～0.7):(0.35～0.3):2的贫铜光吸收层13，即第二光吸收层13。
其中，上述第二光吸收层中的铜、铟、镓、硒元素的原子比可具体设置为0.88:0.65:0.35：2、0.95:0.7:0.3：2、0.9:0.68:0.32：2等。
需要说明的是，第二光吸收层中的铟、镓元素的原子个数之和与铜、硒元素的原子个数的比值为1:(0.88～0.95)：2。
上述真空腔体M1内的真空度可设置为10-3Pa～10-4Pa，铟、镓、硒、铜元素的蒸发温度分别为1000℃～1100℃、1100℃～1200℃、350℃～450℃、1400℃～1500℃。
需要说明的是，渐变带隙层12与第二光吸收层13可共用一个共蒸发系统，也或者利用不同的共蒸发系统进行制备获取。
为了得到性能优良的光吸收层1，本发明实施例中，在渐变带隙层12上形成第二光吸收层13后，使衬底2降温至350℃～400℃(举例来说，可设置为350℃、360℃、370℃、380℃、390℃、400℃等)，并保温5min～10min(举例来说，可设置为5min、6min、7min、8min、9min、10min等)，然后空冷至20℃～30℃(举例来说，可设置为20℃、22℃、24℃、26℃、28℃、30℃等)。
另外，本发明实施例所涉及的背电极层3可通过磁控溅射的方式沉积在衬底2上。关于背电极层3的厚度，可设置为1.5μm～2.5μm，举例来说，可设置为1.5μm、2μm、2.5μm等。
过渡层4可通过真空蒸发法或化学浴沉积法沉积在第二光吸收层13上。基于化学浴沉积法具有可减少串联电阻、工艺简单的特点，本发明实施例优先采用。
窗口层5可通过磁控溅射的方式沉积在过渡层4上，该种方式具有沉积速率快、沉积均匀的特点。
栅电极6可通过真空蒸发法沉积在窗口层5上。其中，栅电极6的厚度，可设置为1μm～2μm，举例来说，可设置为1μm、1.5μm或2.0μm等。
上述所有可选技术方案，可以采用任意结合形成本公开的可选实施例，在此不再一一赘述。
以上所述仅为本发明的说明性实施例，并不用以限制本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种光吸收层，其特征在于，所述光吸收层(1)包括：依次层叠的第一光吸收层(11)、渐变带隙层(12)和第二光吸收层(13)；
所述第一光吸收层(11)的带隙宽度小于所述第二光吸收层(13)的带隙宽度；
所述渐变带隙层(12)的带隙宽度介于所述第一光吸收层(11)的带隙宽度和所述第二光吸收层(13)的带隙宽度之间；
且，沿所述第一光吸收层(11)至所述第二光吸收层(13)的方向，所述渐变带隙层(12)的带隙宽度逐渐增大。
2.根据权利要求1所述的光吸收层，其特征在于，所述光吸收层(1)为p-n-p型，或者，n-p-n型。
3.根据权利要求1所述的光吸收层，其特征在于，所述第一光吸收层(11)为掺杂有碲元素的锑化镓膜层；
所述渐变带隙层(12)为掺杂有锌元素的AlxGa(1-x)Sb膜层，其中，沿所述第一光吸收层(11)至所述第二光吸收层(13)的方向，x由0逐渐增加至0.3；
所述第二光吸收层(13)为铜铟镓硒膜层。
4.根据权利要求3所述的光吸收层，其特征在于，x每次增加0.05～0.1。
5.一种太阳能电池，其特征在于，所述太阳能电池包括：依次层叠的衬底(2)、背电极层(3)和权利要求1～4任一项所述的光吸收层(1)；
且，所述光吸收层(1)的第一光吸收层(11)设置于所述背电极层(3)上。
6.一种如权利要求5所述的太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
提供衬底(2)；
在所述衬底(2)上依次形成背电极层(3)、第一光吸收层(11)、渐变带隙层(12)、第二光吸收层(13)。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述第一光吸收层(11)为掺杂有碲元素的锑化镓膜层；
所述渐变带隙层(12)为掺杂有锌元素的AlxGa(1-x)Sb膜层，其中，沿所述第一光吸收层(11)至所述第二光吸收层(13)的方向，x由0逐渐增加至0.3；
所述第二光吸收层(13)为铜铟镓硒膜层。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，形成所述第一光吸收层(11)包括：
将所述衬底(2)加热至680℃～710℃，并通过真空蒸发的形式，将镓、锑、碲元素沉积于所述背电极层(3)上，形成所述第一光吸收层(11)；
其中，所述第一光吸收层(11)中镓、锑、碲元素的原子比为1:1:(5×10-10～5×10-8)。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，形成所述渐变带隙层(12)包括：
将所述衬底(2)加热至680℃～710℃，并通过真空蒸发的形式，将镓、锑、锌元素沉积于所述第一光吸收层(11)上，形成第一膜层；
将所述衬底(2)冷却至650℃～700℃，并通过真空蒸发的形式，将铝、镓、锑、锌元素沉积于所述第一膜层上，形成第二膜层；
所述第一膜层与所述第二膜层构成所述渐变带隙层(12)；
其中，所述第一膜层中镓、锑、锌元素的原子比为1:1:(5×10-7～5×10-5)；
所述第二膜层中铝、镓、锑、锌元素的原子比为x:(1-x):1:(5×10-7～5×10-5)，其中，沿所述第一光吸收层(11)至所述第二光吸收层(13)的方向，x由0逐渐增加至0.3。
10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，形成所述第二光吸收层(13)包括：
将所述衬底(2)加热至400℃～450℃，并通过真空蒸发的形式，将铟、镓、硒元素沉积于所述渐变带隙层(12)上，形成预制层；
将所述衬底(2)加热至550℃～650℃，并通过真空蒸发的形式，将硒、铜元素沉积于所述预制层上，形成富铜光吸收层；
通过真空蒸发的形式，将铟、镓、硒元素沉积于所述富铜光吸收层上，形成所述第二光吸收层(13)；
其中，所述预制层中铟、镓、硒元素的原子比为(0.6～0.65):(0.4～0.35):1.5；
所述富铜光吸收层中铜、铟、硒元素的原子比为(0.95～1.1):(0.6～0.65):2；
所述第二光吸收层(13)中铜、铟、镓、硒元素的原子比为(0.88～0.95):(0.65～0.7):(0.35～0.3):2。
11.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，形成所述第二光吸收层(13)后，使所述衬底(2)降温至350℃～400℃，并保温5min～10min，然后空冷至20℃～30℃。
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