CN205016537U - 一种可挠性高效率cigs太阳能电池结构 - Google Patents
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Abstract
一种可挠性高效率CIGS太阳能电池结构，太阳能电池具有八层主结构，所述衬底、阻障层、背电极、主吸收层、缓冲层、光窗层二、光窗层一和上电极由下而上依次连接。本实用新型的技术效果是：以不锈钢为衬底制作一种可挠性的高效率CIGS太阳能电池，全制程采用卷对卷溅镀及卷对卷蒸镀的真空方式来生产，具有量产性高、可携式、质轻、安装便利等优点，采用氧化铟为主成分的光窗层，降低膜层阻值，提高光透性能，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结构，尤其涉及一种可挠性高效率CIGS太阳能电池结构。
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。本产品的开发采用不锈钢为衬底形成可挠性的薄膜太阳能电池，不锈钢具有耐腐蚀高热稳定性等优点，同时利用IZO(金属铟锌氧化物)靶材或者95ITO(金属铟锡氧化物)替代AZO靶材，使用磁控溅射镀膜技术来制备光窗层薄膜，从而形成新型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，比如掺铝氧化锌（AZO）等，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600-1000nm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。本产品的开发利用新型IZO及95ITO薄膜替代传统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。
同时由于窗口层材料的改变利用低阻IZO（铟锌氧化物）或者95ITO(金属铟锡氧化物)替代窗口层中阻值材料AZO，形成一种高透光、低电阻及耐候性良好的透明导电的薄膜结构。传统的AZO镀膜为达所需的薄膜均匀度及电性，在镀膜过程中需加热(100-300℃)，使用低阻IZO（铟锌氧化物）或者95ITO(金属铟锡氧化物)薄膜可以在室温镀膜，薄膜的热稳定性佳，提高溅镀薄膜质量及性能，由于所需的膜层较薄(75-500nm)，大幅降低TCO薄膜对可见光与红外光的吸收，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新型可挠性CIGS薄膜太阳能电池结构，使用不锈钢为衬底，新增阻障层，下电极采用三明治结构层，加上改变传统CIGS薄膜太阳能电池窗口层成分，形成新型可挠性薄膜电池结构，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，同时具有高量产性、可携式、质轻、安装便利等优点。
本实用新型薄膜电池具有多层结构，一种可挠性高效率CIGS太阳能电池结构，它包括上电极、光窗层一、光窗层二、缓冲层、主吸收层、背电极、阻障层、衬底，其特征是：太阳能电池具有八层主结构，所述衬底、阻障层、背电极(三明治结构)、主吸收层、缓冲层、光窗层二、光窗层一和上电极由下而上依次连接。
所述衬底优选不锈钢基板，背电极优选Mo/MoNa/Mo三明治结构层，阻障层优选Ti、Cr或者TiN，主吸收层优选CIGS吸收层，缓冲层优选CdS缓冲层，光窗层二优选ZnO，光窗层一优选IZO层或者95ITO层，所述上电极优选Ag电极。
所述IZO层薄膜厚度为75-500nm，折射率为1.9-2.2，电阻值可降低至5x10-4Ωcm以下(150nm厚度时)，可见光透光性可高达82％以上。所述95ITO层薄膜厚度为75-500nm，折射率为1.9-2.1，电阻值可降低至4x10-4Ωcm以下(150nm厚度时)，可见光透光性可高达82％以上。
所述ZnO层厚度为50-300nm，折射率为2.0-2.1。
所述CdS缓冲层的厚度为50-300nm，折射率为2.2-2.6。
所述CIGS吸收层厚度在500-3000nm。
所述阻障层厚度Ti层在25-200nm、Cr层在25-200nm或者TiN层在25-200nm。
所述Mo/MoNa/Mo三明治结构层，MoNa层为50-500nm，Mo层在50-600nm。
本实用新型的技术效果是：所述采用不锈钢为衬底加上三明治背电极结构层达到可挠性，同时具有高量产性、可携式、质轻、安装便利等优点。所述透明导电层主要作用是在传统工艺基础上降低膜层阻值，减少膜层厚度提高产率，提高光透性能，从而提高薄膜电池的光电转换效率。
附图说明
图1为本实用新型可挠性CIGS薄膜太阳能电池结构。
在图中，1、上电极2、光窗层一3、光窗层二4、缓冲层5、主吸收层6、背电极7、阻障层、8、衬底。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型可挠性薄膜电池具有多层结构，太阳能电池具有八层主结构，所述衬底8、阻障层7、背电极6、主吸收层5、缓冲层4、光窗层二3、光窗层一2和上电极1由下而上依次连接。所述衬底优选不锈钢基板，阻障层优选Ti、Cr或者TiN，背电极优选Mo/MoNa/Mo三明治结构层，主吸收层优选CIGS吸收层，缓冲层优选CdS缓冲层，光窗层二优选ZnO，光窗层一优选IZO层或者95ITO层，所述上电极优选Ag电极。所述IZO层薄膜厚度为75-500nm，折射率为1.9-2.2，电阻值可降低至5x10-4Ωcm以下(150nm厚度时)，可见光透光性可高达82％以上。所述95ITO层薄膜厚度为75-500nm，折射率为1.9-2.1，电阻值可降低至4x10-4Ωcm以下(150nm厚度时)，可见光透光性可高达82％以上。所述ZnO层厚度为50-300nm，折射率为2.0-2.1。所述CdS缓冲层的厚度为50-300nm，折射率为2.2-2.6。所述CIGS吸收层厚度在500-3000nm。所述阻障层厚度Ti层在25-200nm、Cr层在25-200nm或者TiN层在25-200nm。所述Mo/MoNa/Mo三明治结构层，MoNa层为50-500nm，Mo层在50-600nm。
在镀膜前，衬底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靶材（纯度99.95%）以直流电源溅镀一层25-200nm厚的Ti薄膜层或者Cr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，利用高纯Mo靶材（纯度99.95%）以直流电源溅镀第一层50-600nm厚的Mo薄膜层，在Mo层之上使用MoNa合金（纯度99.95%）以直流电源溅镀50-500nm的MoNa层，最后在MoNa层之上使用Mo合金（纯度99.95%）以直流电源溅镀50-600nm的MoNa层从而完成了背电极层的镀制。
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吸收层的制作。
缓冲层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。然后使用脉冲直流(DC)电源及IZO靶材(纯度99.95%)或者95ITO靶材(纯度99.95%)，控制溅镀腔体的工作压力为2-5×10-3torr镀制100-500nm厚的透明导电膜。
最后利用湿印法进行Ag电极的制作，厚度为25-75um。即完成可挠性CIGS薄膜太阳能电池的主要结构的制作。
Claims (8)
1.一种可挠性高效率CIGS太阳能电池结构，它包括上电极、光窗层一、光窗层二、缓冲层、主吸收层、背电极、阻障层、衬底，其特征是：太阳能电池具有八层主结构，所述衬底、阻障层、背电极、主吸收层、缓冲层、光窗层二、光窗层一和上电极由下而上依次连接。
2.根据权利要求1所述的一种可挠性高效率CIGS太阳能电池结构，其特征在于：所述衬底为不锈钢基板，阻障层选择为Ti、Cr或者TiN，背电极优选Mo/MoNa/Mo三明治结构层，主吸收层优选CIGS吸收层，缓冲层优选CdS缓冲层，光窗层二优选ZnO，光窗层一优选IZO或者95ITO层，所述上电极优选Ag电极。
3.根据权利要求2所述的一种可挠性高效率CIGS太阳能电池结构，其特征在于：所述IZO层薄膜厚度为75-500nm，折射率为1.9-2.2，电阻值降低至5x10-4Ωcm以下，可见光透光性高达82％以上；所述95ITO层薄膜厚度为75-500nm，折射率为1.9-2.1，电阻值降低至4x10-4Ωcm以下，可见光透光性可高达82％以上。
4.根据权利要求2所述的一种可挠性高效率CIGS太阳能电池结构，其特征在于：所述ZnO层厚度为50-300nm，折射率为2.0-2.1。
5.根据权利要求2所述的一种可挠性高效率CIGS太阳能电池结构，其特征在于：CdS缓冲层的厚度为50-300nm，折射率为2.2-2.6。
6.根据权利要求2所述一种可挠性高效率CIGS太阳能电池结构，其特征在于：所述CIGS吸收层厚度在500-3000nm。
7.根据权利要求2所述一种可挠性高效率CIGS太阳能电池结构，其特征在于：所述阻障层厚度Ti层在25-200nm、Cr层在25-200nm或者TiN层在25-200nm。
8.根据权利要求2所述一种可挠性高效率CIGS太阳能电池结构，其特征在于：所述Mo/MoNa/Mo三明治结构层，MoNa层为50-500nm，Mo层在50-600nm。
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|---|---|---|---|---|
| CN112054071A (zh) * | 2020-08-07 | 2020-12-08 | 宣城开盛新能源科技有限公司 | 一种cigs柔性薄膜太阳能电池及其制备方法 |
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2015
- 2015-04-03 CN CN201520197191.5U patent/CN205016537U/zh active Active
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