CN204966512U - 一种双层tco的cigs太阳能电池 - Google Patents
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Abstract
一种双层TCO的CIGS太阳能电池，所述增透保护层（1）、上电极（2）、光窗层一（3）、光窗层二（4）、光窗层三（5）、缓冲层（6）、主吸收层（7）、下电极（8）、阻障层（9）和衬底（10）从上到下依次连接，本实用新型采用的双层透明导电膜层，是在传统工艺基础上减少了膜层厚度，大大提高产率，降低膜层阻值，提高光透性能，及降低银电极与透明导电膜间的接触阻抗，从而提高薄膜电池的光电转换效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种太阳能电池，尤其涉及一种双层TCO的CIGS太阳能电池。
背景技术
太阳能电池的种类众多，而CIGS(铜铟镓硒)薄膜太阳能电池拥有高转换效率及发展潜力而受到瞩目，目前CIGS(铜铟镓硒)薄膜太阳能电池最高转换效率由美国再生能源实验室(NREL)所创造，其效率已达20%。CIGS(铜铟镓硒)薄膜太阳能电池发展至今其组件结构大致件由上电极(AL/Ni)、光窗层(AZO低阻和ZnO高阻)、缓冲层(CdS)、吸收层(CIGS)、背电极(Mo/NaMo)与基板(GLASS)所组成；传统光窗层主要是以AZO（锌铝氧化物）靶材利用真空直流磁控溅射镀膜而成。本产品的开发利用两层较薄的透明导电膜(TCO)取代用一层较厚的AZO薄膜的电池设计，使用磁控溅射镀膜技术来制备双层光窗层薄膜，从而形成新型双层TCO的CIGS薄膜太阳能电池结构。
透明导电薄膜（TCO）由于具有优良的光透性和导电性能，可用于CIGS薄膜太阳能电池的前电极材料和窗口层材料，传统的透明导电材料(TCO)属于结晶型材料如ITO及AZO等材料。比如掺铝氧化锌（AZO）虽然价格便宜，但由于AZO薄膜电阻较高，要达CIGS电池所需的电阻，一般AZO薄膜须要1000nm的厚度，因此一般可见光(550nm波长)光透率都小于82%，在长波长的红外光波段(800-1200nm波长)，透光度更是大幅降低(<75%)，严重影响光的吸收及转换效率。传统的ITO具有可见光高透光及高导电的特性，但价格高昂且长波长区域透光性也不佳。非晶型的透明导电材料如IZO是最近发展的趋势，具有导电性佳、低温成膜、透光度佳、价格适中、薄膜热稳定性佳等优点，但由于是非晶态薄膜，在上电极丝印的过程中不易藉由晶界与金属进行扩散，使得两者间的接触电阻较高且不稳定。本产品的开发利用新型较薄的IZO薄膜替代传统较厚的AZO薄膜，进一步减小了光窗膜层厚度，不但提高了可见光和长波长光透性且也进一步提高了生产效率，同时新增一薄层结晶性透明导电膜层在IZO膜层之上如AZO或者ITO等来降低接触电阻、从而提高CIGS薄膜电池的转化效率。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种双层TCO的CIGS太阳能电池，其改变传统CIGS薄膜太阳能电池窗口层成分，采用双层较薄的透明导电膜层，形成新型薄膜电池结构，提高太阳光透过率，从而提高薄膜太阳能电池的光电转换效率。
本实用新型是这样实现的，它包括增透保护层、上电极、光窗层一、光窗层二、光窗层三、缓冲层、主吸收层、下电极、阻障层、衬底，其特征在于，所述增透保护层、上电极、光窗层一、光窗层二、光窗层三、缓冲层、主吸收层、下电极、阻障层和衬底从上到下依次连接。
所述衬底优选不锈钢基板；所述阻障层优选Ti、Cr、Mo、SiO2或TiN；所述下电极优选MoNa/Mo两层结构层；所述主吸收层优选CIGS；所述缓冲层优选CdS；所述光窗层三优选ZnO；所述光窗层二优选IZO；所述光窗层一优选ITO或AZO；所述上电极优选Ag电极，所述增透保护层优选SiO2或MgF2。
所述增透保护层优选SiO2时，其薄膜厚度为50-300nm，其折射率为1.44-1.46；所述增透保护层优选MgF2时，其薄膜厚度为50-300nm，其折射率为1.35-1.38。
所述上电极优选Ag电极时，其薄膜厚度为25-100um，电阻率小于5x10-5Ωcm。
所述光窗层一优选ITO时，其薄膜厚度为25-150nm，折射率为1.9-2.1，所述光窗层一优选AZO时，其薄膜厚度为25-150nm，折射率为2.0-2.1。
所述光窗层二优选IZO时，其薄膜厚度为100-500nm，折射率为1.9-2.2；所述光窗层三优选ZnO时，其厚度为50-300nm，折射率为2.0-2.1。
所述缓冲层优选CdS时，其厚度为50-300nm，折射率为2.2-2.6。
所述主吸收层优选CIGS时，其厚度为500-3000nm。
所述下电极优选MoNa/Mo双层结构层时，其MoNa的厚度为50-300nm，Mo的厚度为100-500nm。
所述阻障层优选Ti时，其厚度为25-200nm；所述阻障层优选Cr时，其厚度为25-200nm，所述阻障层优选Mo时，其厚度为25-200nm；所述阻障层优选TiN时，其厚度为25-200nm。
本实用新型的技术效果是：本实用新型采用的双层透明导电膜层，是在传统工艺基础上减少了膜层厚度，大大提高产率，降低膜层阻值，提高光透性能，及降低银电极与透明导电膜间的接触阻抗，从而提高薄膜电池的光电转换效率。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
在图中，1.增透保护层2、上电极3、光窗层一4、光窗层二5、光窗层三6、缓冲层7、主吸收层8、下电极9、阻障层10、衬底。
具体实施方式
结合图1来具体说明本实用新型，所述增透保护层（1）、上电极（2）、光窗层一（3）、光窗层二（4）、光窗层三（5）、缓冲层（6）、主吸收层（7）、下电极（8）、阻障层（9）和衬底（10）从上到下依次连接。
所述衬底（10）优选不锈钢基板；所述阻障层（9）优选Ti、Cr、Mo、SiO2或TiN；所述下电极（8）优选MoNa/Mo两层结构层；所述主吸收层（7）优选CIGS；所述缓冲层（6）优选CdS；所述光窗层三（5）优选ZnO；所述光窗层二（4）优选IZO；所述光窗层一（3）优选ITO或AZO；所述上电极（2）优选Ag电极，所述增透保护层（1）优选SiO2或MgF2。
所述增透保护层（1）优选SiO2时，其薄膜厚度为50-300nm，其折射率为1.44-1.46；所述增透保护层（1）优选MgF2时，其薄膜厚度为50-300nm，其折射率为1.35-1.38。
所述上电极（2）优选Ag电极时，其薄膜厚度为25-100um，电阻率小于5x10-5Ωcm。
所述光窗层一（3）优选ITO时，其薄膜厚度为25-150nm，折射率为1.9-2.1，所述光窗层一（3）优选AZO时，其薄膜厚度为25-150nm，折射率为2.0-2.1。
所述光窗层二（4）优选IZO时，其薄膜厚度为100-500nm，折射率为1.9-2.2；所述光窗层三（5）优选ZnO时，其厚度为50-300nm，折射率为2.0-2.1。
所述缓冲层（6）优选CdS时，其厚度为50-300nm，折射率为2.2-2.6。
所述主吸收层（7）优选CIGS时，其厚度为500-3000nm。
所述下电极（8）优选MoNa/Mo双层结构层时，其MoNa的厚度为50-300nm，Mo的厚度为100-500nm。
所述阻障层（9）优选Ti时，其厚度为25-200nm；所述阻障层（9）优选Cr时，其厚度为25-200nm，所述阻障层（9）优选Mo时，其厚度为25-200nm；所述阻障层（9）优选TiN时，其厚度为25-200nm。
在镀膜前，不锈钢衬底（10）部分需要进行预处理，包括除静电、离子束轰击、加热脱气处理等。
以真空抽气系统将溅镀腔体背景压力抽至0.7×10-5-0.9×10-5torr后，利用氩气当作工作气体，透过节流阀将通入氩气控制溅镀腔体的工作压力为5×10-3torr，利用高纯Ti/Cr/Mo靶材（纯度99.95%）以直流电源溅镀一层25-200nm厚的Ti薄膜层、Mo薄膜层或者Cr薄膜层，或者使用Si靶材通入氧气反应形成25-200nm厚SiO2厚薄膜层，或者使用Ti靶材通入氮气反应形成25-200nm厚TiN薄膜层，从而完成了阻障层（9）的镀制。
以真空抽气系统将溅镀腔体背景压力抽至0.7×10-5-0.9×10-5torr后，利用氩气当作工作气体，透过节流阀将通入氩气控制溅镀腔体的工作压力为5×10-3torr，使用MoNa合金（纯度99.95%）以直流电源溅镀50-300nm的MoNa层，然后在MoNa层之上使用Mo合金（纯度99.95%）以直流电源溅镀100-500nm的MoNa层从而完成了下电极（8）的镀制。
以高纯Cu、In、Ga、Se(纯度99.99%)四种原料利用共蒸镀技术制造一层500-3000nm厚的CIGS吸收层薄膜，共蒸镀镀膜时基板加热至350-550℃，进而完成CIGS主吸收层（7）的制作。
缓冲层（6）的制作是以真空抽气系统将溅镀腔体背景压力抽至0.7×10-5-0.9×10-5torr后，利用氩气当作工作气体，透过节流阀将通入氩气控制溅镀腔体的工作压力为2-5×10-3torr，以RF电源进行溅镀制程，使用CdS靶材（纯度>99.9%）采用RF电源溅镀制作50-300nmCdS缓冲层薄膜。
光窗层三（5）的制作是以真空抽气系统将溅镀腔体背景压力抽至0.7×10-5-0.9×10-5torr后，利用氩气当作工作气体，透过节流阀将通入氩气控制溅镀腔体的工作压力为2-5×10-3torr，以RF电源进行溅镀制程，使用ZnO靶材(纯度99.95%）真空溅镀制得薄膜厚度50-300nm左右的透明ZnO氧化物薄膜。
光窗层二（4）的制作是以真空抽气系统将溅镀腔体背景压力抽至0.7×10-5-0.9×10-5torr后，利用氩气当作工作气体，透过节流阀将通入氩气控制溅镀腔体的工作压力为2-5×10-3torr，然后使用脉冲直流(DC)电源及IZO靶材(纯度99.95%)进行溅镀制程，镀制100-500nm厚的透明导电膜。
光窗层一（3）的制作是以真空抽气系统将溅镀腔体背景压力抽至0.7×10-5-0.9×10-5torr后，利用氩气当作工作气体，透过节流阀将通入氩气控制溅镀腔体的工作压力为2-5×10-3torr，然后使用脉冲直流(DC)电源，使用AZO靶材(纯度99.95%)或者ITO靶材(纯度99.95%)，控制溅镀腔体的工作压力为2-5×10-3torr镀制25-200nm厚的透明导电膜。
利用丝印法进行上电极（2）的Ag电极的制作，其厚度为25-100um，然后低温温干(<150℃)。
最后增透保护层（1）的制作是以真空抽气系统将溅镀腔体背景压力抽至0.7×10-5-0.9×10-5torr后，利用氩气当作工作气体，透过节流阀将通入氩气控制溅镀腔体的工作压力为2-5×10-3torr，然后使用直流(DC)电源，使用Si靶材(纯度99.95%)，控制溅镀腔体的工作压力为2-5×10-3torr，镀制50-300nm厚的SiO2膜。或者使用RF电源，使用MgF2靶材(纯度99.95%)，控制溅镀腔体的工作压力为2-5×10-3torr，镀制50-300nm厚的MgF2膜。
以上所述即完成本实用新型的薄膜太阳能电池的主要结构的制作。
以上所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种双层TCO的CIGS太阳能电池，它包括增透保护层（1）、上电极（2）、光窗层一（3）、光窗层二（4）、光窗层三（5）、缓冲层（6）、主吸收层（7）、下电极（8）、阻障层（9）、衬底（10），其特征在于，所述增透保护层（1）、上电极（2）、光窗层一（3）、光窗层二（4）、光窗层三（5）、缓冲层（6）、主吸收层（7）、下电极（8）、阻障层（9）和衬底（10）从上到下依次连接。
2.根据权利要求1所述的一种双层TCO的CIGS太阳能电池，其特征在于，所述衬底（10）优选不锈钢基板；所述阻障层（9）优选Ti、Cr、Mo、SiO2或TiN；所述下电极（8）优选MoNa/Mo两层结构层；所述主吸收层（7）优选CIGS；所述缓冲层（6）优选CdS；所述光窗层三（5）优选ZnO；所述光窗层二（4）优选IZO；所述光窗层一（3）优选ITO或AZO；所述上电极（2）优选Ag电极，所述增透保护层（1）优选SiO2或MgF2。
3.根据权利要求1所述的一种双层TCO的CIGS太阳能电池，其特征在于，所述增透保护层（1）优选SiO2时，其薄膜厚度为50-300nm，其折射率为1.44-1.46；所述增透保护层（1）优选MgF2时，其薄膜厚度为50-300nm，其折射率为1.35-1.38。
4.根据权利要求1所述的一种双层TCO的CIGS太阳能电池，其特征在于，所述上电极（2）优选Ag电极时，其薄膜厚度为25-100um，电阻率小于5x10-5Ωcm。
5.根据权利要求1所述的一种双层TCO的CIGS太阳能电池，其特征在于，所述光窗层一（3）优选ITO时，其薄膜厚度为25-150nm，折射率为1.9-2.1，所述光窗层一（3）优选AZO时，其薄膜厚度为25-150nm，折射率为2.0-2.1。
6.根据权利要求1所述的一种双层TCO的CIGS太阳能电池，其特征在于，所述光窗层二（4）优选IZO时，其薄膜厚度为100-500nm，折射率为1.9-2.2；所述光窗层三（5）优选ZnO时，其厚度为50-300nm，折射率为2.0-2.1。
7.根据权利要求1所述的一种双层TCO的CIGS太阳能电池，其特征在于，所述缓冲层（6）优选CdS时，其厚度为50-300nm，折射率为2.2-2.6。
8.根据权利要求1所述的一种双层TCO的CIGS太阳能电池，其特征在于，所述主吸收层（7）优选CIGS时，其厚度为500-3000nm。
9.根据权利要求1所述的一种双层TCO的CIGS太阳能电池，其特征在于，所述下电极（8）优选MoNa/Mo双层结构层时，其MoNa的厚度为50-300nm，Mo的厚度为100-500nm。
10.根据权利要求1所述的一种双层TCO的CIGS太阳能电池，其特征在于，所述阻障层（9）优选Ti时，其厚度为25-200nm；所述阻障层（9）优选Cr时，其厚度为25-200nm，所述阻障层（9）优选Mo时，其厚度为25-200nm；所述阻障层（9）优选TiN时，其厚度为25-200nm。
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