CN204441296U - 一种cigs基薄膜太阳能电池 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种CIGS基薄膜太阳能电池，其包括：衬底、背电极层、光吸收层、缓冲层、本征氧化锌膜层、掺杂氧化锌膜层、透明导电窗口层。本实用新型通过在光吸收层上设置一缓冲层可减少硫化镉膜层的厚度，从而减少硫化镉废液的产生量，这可降低电池的制造成本；在本征氧化锌膜层上设置具有高电阻率的掺杂氧化锌膜层，可防止电池内部的泄漏，提高电池的填充因子等。
Description
技术领域
本实用新型涉及薄膜太阳能电池技术领域，特别是一种具有黄铜矿结构的铜铟镓硒(硫)薄膜太阳能电池。
背景技术
随着全球气候变暖、生态环境恶化和常规能源的短缺，越来越多的国家开始大力发展太阳能利用技术。太阳能光伏发电是零排放的清洁能源，具有安全可靠、无噪音、无污染、资源取之不尽、建设周期短、使用寿命长等优势，因而备受关注。铜铟镓硒是一种直接带隙的P型半导体材料，其吸收系数高达105/cm，2um厚的铜铟镓硒薄膜就可吸收90％以上的太阳光。CIGS薄膜的带隙从1.04eV到1.67eV范围内连续可调，可实现与太阳光谱的最佳匹配。铜铟镓硒薄膜太阳电池作为新一代的薄膜电池具有成本低、性能稳定、抗辐射能力强、弱光也能发电等优点，其转换效率在薄膜太阳能电池中是最高的，目前实验室的转化率已超过20％。
传统的CIGS基薄膜太阳能电池的结构依次为：基底、Mo背电极层、CIGS光吸收层、CdS缓冲层、本征ZnO层、AZO透明导电窗口层。现在业界大部分都是使用CdS作为CIGS基薄膜太阳能电池的缓冲层，为了使电池获得较高的开路电压，一般CdS膜的厚度至少要为50nm以上，而较厚的CdS膜的生成必然产生更多的含镉废水，对含镉废水的处理就增加了制造成本，同时CdS膜较厚时会使薄膜电池的短路电流降低。若将CdS缓冲层的厚度减薄，可增加短路电流，同时开路电压也降低，也会增加电池的内部泄漏，这将使电池的转换效率降低。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种CIGS基薄膜太阳能电池，该电池在制作过程可减少含镉废水的产生量，同时可增加电池的短路电流、开路电压、提高电池的填充因子和减少电池的内部泄漏，从而提高电池的转换效率。
为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：一种CIGS基薄膜太阳能电池，包括一衬底，覆盖衬底表面的背电极层，覆盖背电极层的具有黄铜矿结构的光吸收层，覆盖光吸收层的CdS：Mg缓冲层，覆盖CdS：Mg缓冲层的本征氧化锌膜层，覆盖本征氧化锌膜层的具有高电阻率的掺杂氧化锌膜层，覆盖掺杂氧化锌膜层的透明导电窗口层。在制作电池组件过程有三道刻划工序，分别为P1、P2和P3刻划，从而使组件的各个小电池串联起来。
所述的本征氧化锌膜层的电阻率不小于0.08Ωcm；所述的具有高电阻率的掺杂氧化锌膜层，其电阻率不小于0.08Ωcm，同时不大于95Ωcm，该掺杂氧化锌膜层为氧化锌掺杂有B、Al、Ga或In中的至少一种元素，为现有技术；所述的掺杂氧化锌膜层的电阻率要小于本征氧化锌膜层的电阻率。所述的本征氧化锌膜层和掺杂氧化锌膜层可采用化学气相沉积、真空磁控溅射沉积或金属有机化学气相沉积等。
所述的衬底可为玻璃、聚酰亚胺板、铝薄板或不锈钢板中的一种。所述的背电极层为Mo层、Ti层、Cr层或Cu层。所述的光吸收层为铜铟镓硒、铜铟镓硫、铜铟镓硒硫、铜铟铝硒、铜铟铝硫、铜铟硫或铜铟硒。所述的透明导电窗口层选用ITO、AZO、GZO、IZO、FTO、ATO中的一种或几种透明导电膜。
所述的CdS：Mg缓冲层为现有技术，其厚度小于40nm，优选的厚度小于30nm，更优选的厚度小于20nm。
所述在透明导电窗口层上可沉积减反射膜层，该减反射膜层可由一个膜层或多个膜层组成；在衬底和背电极层之间可插入一层阻挡衬底元素扩散的阻挡层，该阻挡层可为由硅、锆和钛中的至少一种元素与钼组成的至少两种元素的氧化物、氮化物或氮氧化物组成。
本实用新型通过在CIGS基薄膜电池的光吸收层上沉积较薄的CdS：Mg缓冲层，在CdS：Mg缓冲层上沉积本征氧化锌膜层，在本征氧化锌膜层上沉积具有高电阻率的掺杂氧化锌膜层，可使电池在制作过程减少含镉废水的产生量，降低制造成本，同时可增加电池的短路电流、开路电压、提高电池的填充因子和减少电池的内部泄漏，从而提高电池的转换效率。
附图说明
图1为本实用新型的薄膜电池的结构示意图。
图2为本实用新型的薄膜电池的另一结构示意图。
图中，1-衬底 2-阻挡层 3-背电极层 4-光吸收层 5-CdS：Mg缓冲层 6-本征氧化锌膜层 7-掺杂氧化锌膜层 8-透明导电窗口层 9-减反射膜层
具体实施方式
下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。
在此先说明CdS：Mg表示在硫化镉中掺杂有镁元素。在本实用新型中ITO表示铟锡氧化物导电膜、AZO表示掺有铝的氧化锌导电膜、GZO表示掺有镓的氧化锌导电膜、IZO表示掺有铟的氧化锌导电膜、FTO表示掺有氟的氧化锡导电膜、ATO表示掺有锑的氧化锡导电膜。
短路电流、开路电压和填充因子是薄膜电池的三个重要的参数，当通过降低硫化镉缓冲层的厚度可使短路电流增加，但是当硫化镉厚度被降低到一定限度以下，则会对开路电压产生不利影响，使开路电压降低，同时也会使电池的内部泄漏增加，从而导致电池效率降低。
本实用新型通过使用较薄的CdS：Mg缓冲层，可以克服传统使用较薄的CdS缓冲层对电池的开路电压造成的不利影响，同时可增加电池的短路电流。
通常采用增加CdS缓冲层的厚度来抑制电池的内部泄漏，但当CdS缓冲层厚度的增加会导致电池串联电阻的增加，短路电流的降低，这将不利于获得较高的转换效率的电池，同时CdS缓冲层厚度的增加将导致水浴产生的含镉废水量的增加，这将导致制造成本的上升。
本实用新型通过在较薄的CdS：Mg缓冲层上沉积具有高电阻率的本征氧化锌膜层和具有高电阻率的掺杂氧化锌膜层来解决电池内部泄漏的问题，同时又不使电池的串联电阻产生恶化，从而使电池可获得较高的填充因子。
实施例1
在钠钙玻璃基板上采用磁控溅射沉积500nm的金属钼电极层；接着在钼电极层上形成1.8um厚的具有黄铜矿结构的铜铟镓二硒光吸收层；在光吸收层上采用化学浴(CBD)方法沉积40nm的CdS：Mg缓冲层；在缓冲层上采用RF溅射沉积20nm的本征氧化锌膜层，接着采用金属有机化学气相沉积法沉积80nm的具有高电阻率的掺杂氧化锌膜层，接着采用磁控溅射沉积600nmAZO膜层作为透明导电窗口层。由此获得薄膜电池的短路电流为30mA/cm2，开路电压为630mV，填充因子为63％。
实施例2
在钠钙玻璃基板上采用磁控溅射沉积400nm的金属钼电极层；接着在钼电极层上形成1.6um厚的具有黄铜矿结构的铜铟镓二硒光吸收层；在光吸收层上采用化学浴(CBD)方法沉积20nm的CdS：Mg缓冲层；在缓冲层上采用RF溅射沉积50nm的本征氧化锌膜层，接着采用金属有机化学气相沉积法沉积50nm具有高电阻率的掺杂氧化锌膜层，接着采用磁控溅射沉积700nmAZO膜层作为透明导电窗口层，接着在透明导电窗口层上沉积一减反射膜。由此获得薄膜电池的短路电流为33mA/cm2，开路电压为648mV，填充因子为64％。
实施例3
在钠钙玻璃基板上通过反应溅射沉积一层硅钼氧化物层，用来阻挡玻璃基板中的碱离子向钼层及吸收层扩散；接着采用磁控溅射沉积600nm的金属钼电极层；接着在钼电极层上形成1.9um厚的具有黄铜矿结构的铜铟镓硒硫光吸收层；在光吸收层上采用化学浴(CBD)方法沉积15nm的CdS：Mg缓冲层；在缓冲层上采用RF溅射沉积80nm的本征氧化锌膜层，接着采用金属有机化学气相沉积法沉积100nm具有高电阻率的掺杂氧化锌膜层，接着采用磁控溅射沉积650nmAZO膜层作为透明导电窗口层，接着在透明导电窗口层上沉积一减反射膜。由此获得薄膜电池的短路电流为34mA/cm2，开路电压为653mV，填充因子为65％。
Claims (9)
1.一种CIGS基薄膜太阳能电池，其特征在于：包括衬底，覆盖衬底表面的背电极层，覆盖背电极层的具有黄铜矿结构的光吸收层，覆盖光吸收层的CdS：Mg缓冲层，覆盖CdS：Mg缓冲层的本征氧化锌膜层，覆盖本征氧化锌膜层的掺杂氧化锌膜层，覆盖掺杂氧化锌层的透明导电窗口层；所述掺杂氧化锌膜层电阻率不小于0.08Ωcm，同时不大于95Ωcm。
2.根据权利要求1所述的一种CIGS基薄膜太阳能电池，其特征在于：掺杂氧化锌膜层为氧化锌掺杂有B、Al、Ga或In中的至少一种元素；掺杂氧化锌膜层的电阻率小于本征氧化锌膜层的电阻率。
3.根据权利要求1所述的一种CIGS基薄膜太阳能电池，其特征在于：衬底为玻璃、聚酰亚胺板、铝薄板或不锈钢板中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种CIGS基薄膜太阳能电池，其特征在于：背电极层为Mo层、Ti层、Cr层或Cu层中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种CIGS基薄膜太阳能电池，其特征在于：光吸收层为铜铟镓硒、铜铟镓硫、铜铟镓硒硫、铜铟铝硒、铜铟铝硫、铜铟硫或铜铟硒中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种CIGS基薄膜太阳能电池，其特征在于：透明导电窗口层选用ITO、AZO、GZO、IZO、FTO、ATO透明导电膜中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的一种CIGS基薄膜太阳能电池，其特征在于：CdS：Mg缓冲层的厚度小于40nm。
8.根据权利要求1所述的一种CIGS基薄膜太阳能电池，其特征在于：CdS：Mg缓冲层的厚度小于20nm。
9.根据权利要求1所述的一种CIGS基薄膜太阳能电池，其特征在于，还包括：在透明导电窗口层上沉积的减反射膜层；在衬底和背电极层之间插入的一层阻挡衬底元素扩散的阻挡层。
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| CN201520140537.8U CN204441296U (zh) | 2015-03-12 | 2015-03-12 | 一种cigs基薄膜太阳能电池 |
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN111370510A (zh) * | 2018-12-25 | 2020-07-03 | 华夏易能（广东）新能源科技有限公司 | 一种薄膜太阳能电池改性方法及其制备的电池 |
| CN111416015A (zh) * | 2018-12-18 | 2020-07-14 | 领凡新能源科技(北京)有限公司 | 太阳能电池及其制备方法 |
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