CN205335276U - 一种cigs基薄膜太阳能电池 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了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、第一缓冲层、第二缓冲层、透明导电层，所述第一缓冲层和第二缓冲层具有不同的禁带宽度。本实用新型通过在光吸收层与透明导电层之间形成第一缓冲层和第二缓冲层可使它们之间产生合适的带隙，可减少载流子在界面处的复合，从而提高薄膜太阳能电池的性能。
Description
技术领域
本实用新型涉及薄膜太阳能电池技术领域,尤其涉及一种具有黄铜矿结构的CIGS基薄膜太阳能电池。
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22％。而现有技术中对CIGS薄膜电池的带隙匹配调整不佳，载流子易在界面处复合，从而影响了薄膜太阳能电池的性能。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题，在于提供一种CIGS基薄膜太阳能电池，通过在光吸收层与透明导电层之间形成第一缓冲层和第二缓冲层可使它们之间产生合适的带隙，可减少载流子在界面处的复合，从而提高薄膜太阳能电池的性能。
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，覆盖光吸收层的第一缓冲层，覆盖第一缓冲层的第二缓冲层，覆盖第二缓冲层的透明导电层；所述第一缓冲层的带隙比第二缓冲层的带隙小。
进一步的：所述第一缓冲层为至少包括一层；所述第二缓冲层至少包括一层；所述第一缓冲层和第二缓冲层可采用溅射、蒸镀、原子层沉积、CVD或水浴等合适的方法沉积。
进一步的，所述第一缓冲层为硒化铟、硫硒化铟、硫化铟、硒化锌、硫硒化锌、硫化镉、硫化镉锌、硫化镉镁中的至少一种；所述第二缓冲层为硫硒化铟、硫化铟、硫化镉、硫化镉锌、硫化镉镁、硒化锌、硫硒化锌、硫化锌、氧化锌、锌镁氧化物中的至少一种。
进一步的，所述衬底为玻璃、聚酰亚胺、铝薄板、钛薄板或薄的不锈钢板中的一种。
进一步的，所述背电极层为钼层、钛层、铬层、铜层、AZO膜层、ITO膜层、GZO膜层、石墨烯膜层或它们的任一组合；所述背电极层优选为钼；所述背电极层中含有氧，所述背电极层中或含有碱元素。
进一步的，所述光吸收层为铜铟镓硒、铜铟镓硒硫、铜铟镓硫、铜铟硒、铜铟硫、铜铟铝硒、铜铟铝硫、铜铟铝硒硫、铜锌锡硫、铜锌锡硫硒中的至少一种；所述光吸收层中含有碱元素，所述光吸收层中优选含有钠。
进一步的，所述光吸收层为p型半导体层，在所述光吸收层的表面可形成一n型半导体层，所述n型半导体层含有铜、铟、镓、硒、锌和/或硫，所述n型半导体层中还可含有铝和/或镉。
进一步的，所述透明导电层选用氧化铟掺锡、氧化锌掺铝、氧化锌掺镓、氧化锌掺硼、氧化锌掺铟、氧化锡掺氟、氧化锡掺锑、氧化锡掺碘、石墨烯、锡酸镉、银基透明导电膜中的至少一种。
进一步的，还包括在透明导电层上沉积的减反射膜层。
进一步的，所述减反射膜层为一层氟化镁膜层或氧化硅膜层
进一步的，所述减反射膜层有两层，包括折射率大于1.80的第一材料层，以及覆盖该第一材料层的折射率小于1.70的第二材料层。
进一步的，还包括在衬底与背电极层之间插入的一层阻挡衬底元素扩散的阻挡层。
进一步的，所述阻挡层材料选自氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氮化钛、氧化钛、氮氧化钛、氮氧化锆、氧化锆、氮化锆、氮化铝、氧化铝、氧化硅铝、氮化硅铝、氮氧化硅铝、锌锡氧化物中的一种或它们的混合物。
进一步的，所述阻挡层材料由硅、锆和钛中的至少一种元素与钼组成为包含至少两种元素的氧化物、氮化物或氮氧化物。
进一步的，当衬底为玻璃基板时，所述阻挡层由一含有Li、K中至少一种元素的碱过滤层替代，该碱过滤层包含Li、K中的至少一种元素和Si、Al、O三种元素。
进一步的，还包括在第二缓冲层与透明导电层之间插入的一层高电阻率膜层，所述高电阻率膜层为氧化锌膜层、掺杂氧化锌膜层中的至少一种，所述掺杂氧化锌膜层为氧化锌掺杂有硼、铝、镓或铟中的至少一种元素；所述氧化锌膜层的电阻率不小于0.08Ωcm；所述掺杂氧化锌膜层，其电阻率不小于0.08Ωcm，同时不大于95Ωcm。
本实用新型通过在光吸收层与透明导电层之间形成第一缓冲层和第二缓冲层可使它们之间产生合适的带隙，可减少载流子在界面处的复合，从而提高薄膜太阳能电池的性能。
附图说明
下面参照附图结合实施例对本实用新型作进一步的说明。
图1为本实用新型的CIGS基薄膜太阳能电池的结构示意图；
图2为本实用新型的CIGS基薄膜太阳能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-第一缓冲层6-第二缓冲层7-本征氧化锌膜层8-透明导电层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。
实施例1
如图1所示，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1.9um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In2S3膜层作为第一缓冲层；在第一缓冲层上采用溅射沉积30nm硫硒化锌膜层作为第二缓冲层；在第二缓冲层上采用溅射沉积50nm的本征氧化锌膜层；接着采用磁控溅射沉积600nmAZO膜层作为透明导电层。
实施例2
如图2所示，在钠钙玻璃基板上溅射沉积50nm的氮化硅膜层；接着在氮化硅膜层上采用磁控溅射沉积550nm的金属钼电极层；接着在钼电极层上形成2.0um厚的具有黄铜矿结构的铜铟镓二硒硫光吸收层；在光吸收层上采用化学浴(CBD)方法沉积20nm的In2S3膜层作为第一缓冲层；在第一缓冲层上采用溅射沉积30nm硫硒化锌膜层作为第二缓冲层；在第二缓冲层上采用溅射沉积50nm的本征氧化锌膜层；接着采用磁控溅射沉积600nmAZO膜层作为透明导电层；接着在透明导电层上沉积100nm氟化镁膜层作为减反射膜层。
实施例3
如图1所示，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硫光吸收层；在光吸收层上采用化学浴(CBD)方法沉积15nm的CdS膜层作为第一缓冲层；在第一缓冲层上采用溅射沉积30nm的ZnS膜层作为第二缓冲层；在第二缓冲层上采用溅射沉积60nm的电阻率为10Ωcm的掺杂铝的氧化锌膜层；接着采用磁控溅射沉积700nmAZO膜层作为透明导电层。
实施例4
如图1所示，在不锈钢薄基板上溅射沉积100nm的氮氧化硅膜层；接着在氮氧化硅膜层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1.9um厚的具有黄铜矿结构的铜铟镓二硫光吸收层；在光吸收层上采用化学浴(CBD)方法沉积15nm的CdS膜层作为第一缓冲层；在第一缓冲层上采用溅射沉积30nm的硫硒化锌膜层作为第二缓冲层；在第二缓冲层上采用溅射沉积80nm的电阻率为12Ωcm的掺杂铝的氧化锌膜层；接着采用磁控溅射沉积900nmAZO膜层作为透明导电层。
实施例5
如图1所示，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2.0um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In2Se3膜层作为第一缓冲层；在第一缓冲层上采用溅射沉积30nm硫硒化锌膜层作为第二缓冲层；在第二缓冲层上采用溅射沉积50nm的本征氧化锌膜层；接着采用磁控溅射沉积600nmAZO膜层作为透明导电层。
实施例6
如图1所示，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2.0um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15nm的硫硒化铟膜层作为第一缓冲层；在第一缓冲层上采用溅射沉积30nm硫化锌膜层作为第二缓冲层；在第二缓冲层上采用溅射沉积50nm的本征氧化锌膜层；接着采用磁控溅射沉积600nmAZO膜层作为透明导电层。
实施例7
如图1所示，在钠钙玻璃基板上采用磁控溅射沉积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二硒光吸收层；在光吸收层上采用化学浴(CBD)方法沉积20nm的ZnSe膜层作为第一缓冲层；在第一缓冲层上采用溅射沉积40nm锌镁氧化物膜层作为第二缓冲层；在第二缓冲层上采用溅射沉积50nm的本征氧化锌膜层；接着采用磁控溅射沉积800nmAZO膜层作为透明导电层。
实施例8
如图1所示，在钠钙玻璃基板上采用磁控溅射沉积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二硒光吸收层；在光吸收层上采用化学浴(CBD)方法沉积15nm的InS膜层作为第一缓冲层；在第一缓冲层上采用溅射沉积35nm硫化镉镁膜层作为第二缓冲层；在第二缓冲层上采用溅射沉积50nm的本征氧化锌膜层；接着采用磁控溅射沉积800nmAZO膜层作为透明导电层。
上面结合附图对本实用新型进行了示例性描述，显然本实用新型具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本实用新型的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
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，覆盖光吸收层的第一缓冲层，覆盖第一缓冲层的第二缓冲层，覆盖第二缓冲层的透明导电层；所述第一缓冲层的带隙比第二缓冲层的带隙小。
2.根据权利要求1所述的CIGS基薄膜太阳能电池，其特征在于，所述第一缓冲层为至少包括一层；所述第二缓冲层至少包括一层。
3.根据权利要求1所述的CIGS基薄膜太阳能电池，其特征在于，所述第一缓冲层为硒化铟、硫硒化铟、硫化铟、硒化锌、硫硒化锌、硫化镉、硫化镉锌、硫化镉镁中的至少一种；所述第二缓冲层为硫硒化铟、硫化铟、硫化镉、硫化镉锌、硫化镉镁、硒化锌、硫硒化锌、硫化锌、氧化锌、锌镁氧化物中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的CIGS基薄膜太阳能电池，其特征在于，所述衬底为玻璃、聚酰亚胺、铝薄板、钛薄板或薄的不锈钢板中的一种。
5.根据权利要求1所述的CIGS基薄膜太阳能电池，其特征在于，所述背电极层为钼层、钛层、铬层、铜层、AZO膜层、ITO膜层、GZO膜层、石墨烯膜层中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的CIGS基薄膜太阳能电池，其特征在于，所述光吸收层为铜铟镓硒、铜铟镓硒硫、铜铟镓硫、铜铟硒、铜铟硫、铜铟铝硒、铜铟铝硫、铜铟铝硒硫、铜锌锡硫、铜锌锡硫硒中的至少一种；所述光吸收层为p型半导体层，在所述光吸收层的表面可形成一n型半导体层，所述n型半导体层含有铜、铟、镓、硒、锌和/或硫，所述n型半导体层中还可含有铝和/或镉。
7.根据权利要求1所述的CIGS基薄膜太阳能电池，其特征在于，所述透明导电层选用氧化铟掺锡、氧化锌掺铝、氧化锌掺镓、氧化锌掺硼、氧化锌掺铟、氧化锡掺氟、氧化锡掺锑、氧化锡掺碘、石墨烯、锡酸镉、银基透明导电膜中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的CIGS基薄膜太阳能电池，其特征在于，还包括在透明导电层上沉积的减反射膜层。
9.根据权利要求1所述的CIGS基薄膜太阳能电池，其特征在于，还包括在衬底与背电极层之间插入的一层阻挡衬底元素扩散的阻挡层。
10.根据权利要求1所述的CIGS基薄膜太阳能电池，其特征在于，还包括在第二缓冲层与透明导电层之间插入的一层高电阻率膜层，所述高电阻率膜层为氧化锌膜层、掺杂氧化锌膜层中的至少一种，所述掺杂氧化锌膜层为氧化锌掺杂有硼、铝、镓或铟中的至少一种元素。
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