CN208570640U - 一种铜铟镓硒太阳能电池组件 - Google Patents

一种铜铟镓硒太阳能电池组件 Download PDF

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杨立红
叶亚宽
王磊
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Abstract

本实用新型涉及一种铜铟镓硒太阳能电池组件，包括：基板；背电极，设置在所述基板上；光吸收层，设置在所述背电极上；缓冲层：设置在所述光吸收层上；窗口层，设置在缓冲层上；其中，所述窗口层包括高阻层和透明导电层，所述透明导电层包括设置在高阻层上的石墨烯基复合薄膜。本实用新型实施例所涉及的铜铟镓硒太阳能电池组件，通过在CIGS薄膜太阳能制备过程中引入石墨烯基薄膜充当透明导电层，石墨烯基复合薄膜的透光率可高达94％，同时电阻率低于8Ω/sq，有效的提高CIGS薄膜太阳能电池组件透明导电层的透光性和导电性，提高了铜铟镓硒太阳能电池组件的转换效率。

Description

一种铜铟镓硒太阳能电池组件
技术领域
本实用新型涉及薄膜太阳能电池技术领域，特别地涉及一种铜铟镓硒太阳能电池组件。
背景技术
铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池组件，通常都是利用氧化锌铝(AZO) 充当透明导电层(TCO)，作为电池芯片的前电极，用来收集电池产生的光电流。AZO层在CIGS薄膜太阳能电池组件中的位置，如图1中的6所示。为了提高CIGS薄膜太阳能电池组件的转换效率，要求AZO层需同时具备较高的透光率和较低的电阻率。
AZO通常是利用真空磁控溅射镀膜设备进行制备，根据Al2O3的掺杂浓度以及磁控溅射制备工艺的不同，AZO层的透光率和电阻率也存在差异。目前的CIGS薄膜太阳能电池组件中，AZO的厚度约为800～1200nm。
AZO薄膜通常是利用真空磁控溅射镀膜设备进行制备，真空磁控溅射镀膜设备占地空间比较大，且设备价格较高，维护成本高。另一方面，受限于 AZO本身导电性和透光率的负相关关系，即AZO的厚度越大，导电性越好，但同时透过率越低，导致目前工艺条件下，AZO的厚度需要达到800～1200nm，才能兼顾较好的导电性和透过率。此外，AZO的薄膜性质依赖于AZO靶材的结构和组分，并且要求具有可靠、稳定的制备工艺，对制备工艺要求高，制备难度大。
实用新型内容
针对现有技术中存在的技术问题，本实用新型提出了一种铜铟镓硒太阳能电池组件，降低了透明导电层的厚度，和对制备工艺的要求。
本实用新型的一个方面提供了一种铜铟镓硒太阳能电池组件，包括：
基板；
背电极，设置在所述基板上；
光吸收层，设置在所述背电极上；
缓冲层：设置在所述光吸收层上；
窗口层，设置在所述缓冲层上；
其中，所述窗口层包括高阻层和透明导电层，所述透明导电层包括设置在高阻层上的石墨烯基复合薄膜。
其中，所述石墨烯基复合薄膜的厚度为0～200nm。
其中，所述石墨烯基复合薄膜包括：
石墨烯薄膜；以及
纳米线，设置在石墨烯薄膜上。
其中，包括：单层或少层石墨烯薄膜，所述石墨烯薄膜的厚度为0～1nm。
其中，所述透明导电层还包括AZO层，AZO层的厚度是20～400nm。
其中，所述纳米线形成网络结构。
其中，所述纳米线包括非金属纳米线。
其中，所述非金属纳米线包括碳纳米管。
其中，所述纳米线包括至少一种金属纳米线。
其中，还包括：封装所述背电极、光吸收层、缓冲层和窗口层的EVA层，以及设置在所述EVA层上的玻璃层。
其中，所述纳米线设置在接近高阻层的一面。
其中，所述纳米线设置在远离高阻层的一面。
本实用新型实施例所涉及的铜铟镓硒太阳能电池组件，通过在CIGS薄膜太阳能制备过程中引入石墨烯基薄膜充当透明导电层，石墨烯基复合薄膜的透光率可高达94％，同时电阻率低于8Ω/sq，有效的提高CIGS薄膜太阳能电池组件透明导电层的透光性和导电性，提高了铜铟镓硒太阳能电池组件的转换效率。
附图说明
下面，将结合附图对本实用新型的优选实施方式进行进一步详细的说明，其中：
图1是根据本实用新型的一个实施例的铜铟镓硒太阳能电池组件的结构示意图；
图2是根据本实用新型的另一个实施例的铜铟镓硒太阳能电池组件的结构示意图；以及
图3是根据本实用新型的一个实施例的铜铟镓硒太阳能电池组件的制作方法的流程框图。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
在以下的详细描述中，可以参看作为本申请一部分用来说明本申请的特定实施例的各个说明书附图。在附图中，相似的附图标记在不同图式中描述大体上类似的组件。本申请的各个特定实施例在以下进行了足够详细的描述，使得具备本领域相关知识和技术的普通技术人员能够实施本申请的技术方案。应当理解，还可以利用其它实施例或者对本申请的实施例进行结构、逻辑或者电性的改变。
图1是根据本实用新型的一个实施例的铜铟镓硒太阳能电池组件的结构示意图，如图1所示，铜铟镓硒太阳能电池组件包括：基板1，设置在基板1上的背电极2，设置在背电极2上的光吸收层3，设置在光吸收层3上的缓冲层4，设置在缓冲层4上的窗口层，设置在窗口层上的EVA层7，和设置在EVA层 7上的玻璃层8。
其中，窗口层包括i～ZnO薄膜即高阻层5和透明导电层6，透明导电层6 包括设置在高阻层5上的石墨烯基复合薄膜，在本实用新型的一个实施例中，石墨烯基复合薄膜包括：石墨烯薄膜和设置在石墨烯薄膜上的纳米线。其中石墨烯薄膜为单层或少层石墨烯薄膜，石墨烯薄膜的厚度为0～1nm。石墨烯基复合薄膜的透光率可高达94％，同时电阻率低于8Ω/sq，性能显著优于AZO 薄膜性能，具有优良的透光性和低电阻率。
单层石墨烯(Graphene)：指由一层以苯环结构，即六角形蜂巢结构，周期性紧密堆积的碳原子构成的一种二维碳材料，其厚度为0.33nm。
少层石墨烯(Few～layer)：指由3～10层以苯环结构，即六角形蜂巢结构，周期性紧密堆积的碳原子以不同堆垛方式，包括ABC堆垛，ABA堆垛等，堆垛构成的一种二维碳材料。
根据本实用新型的一个实施例，纳米线为网络结构的纳米线，其中，纳米线可以包括至少一种金属纳米线，也可以是至少一种非金属纳米线，如碳纳米管等。
本实用新型实施例所涉及的铜铟镓硒太阳能电池组件，通过在铜铟镓硒太阳能电池制备过程中引入石墨烯基复合薄膜充当透明导电层，有效的提高铜铟镓硒太阳能电池组件透明导电层的透光性和导电性，提高了铜铟镓硒太阳能电池组件的转换效率。
图2所示为根据本实用新型的另一个实施例的铜铟镓硒太阳能电池组件的结构示意图，如图2所示，透明导电层还包括AZO层9，AZO层9的厚度是20～400nm，但是，在本实用新型实施例所涉及的AZO薄膜的厚度不限于 20～400nm，只要AZO和/或石墨烯基复合薄膜的整体性能优于现有技术工艺厚度条件下的AZO层的性能，AZO层和石墨烯基复合薄膜两者的厚度，或者任一者的厚底就落入本实用新型的保护范围。
进一步的，AZO层9设置在高阻层上，纳米线网格结构设置在接近高阻层5的一面，或者，纳米线网格结构设置在远离高阻层5的一面，对此本实用新型不做具体限定。
纳米线在远离高阻层的一面相比接近高阻层的一面，在利用热压印方法转移到EVA过程中，减少了高温对金属纳米线的损伤，同时也降低了工艺难度。
图3是根据本发明的一个实施例的铜铟镓硒太阳能电池组件的制作方法的流程框图；根据本发明的一个实施例如图3所示，如下：
S110，制备背电极2：在清洁的玻璃表面，利用真空磁控溅射方法制备钼薄膜，作为电池芯片的背电极层，薄膜厚度为300～500nm，其中，玻璃即基板 1。
S120，制备光吸收层3：利用共蒸发沉积方法或者磁控溅射硒化方法，在钼层表面沉积铜铟镓硒薄膜，作为光吸收层，薄膜厚度2～3μm。
S130，制备缓冲层4：利用化学水浴沉积方法在铜铟镓硒薄膜表面沉积 30～80nm厚的CdS薄膜，作为缓冲层。
S140，制备窗口层，包括：
S141，利用真空磁控溅射方法，在CdS薄膜表面沉积厚度为50～100nm 的i～ZnO薄膜5。
可选的本步骤还包括：
S142，利用真空磁控溅射方法，在i～ZnO薄膜5表面沉积AZO薄膜，厚度为0～400nm；
S150，采用热压印转移的方法，将石墨烯基复合薄膜转移到EVA薄膜7 表面；
S160，将含石墨烯基复合薄膜的EVA薄膜作为铜铟镓硒薄膜太阳能电池组件制备过程中的EVA封装膜，利用带有石墨烯复合薄膜的EVA薄膜封装所述钼层镀膜、铜铟镓硒薄膜、硫化镉薄膜和本征氧化锌薄膜。完成后续封装过程，得到铜铟镓硒薄膜太阳能电池组件，如图1和图2所示。
在步骤S150中，如果要把石墨烯复合薄膜转移到本征氧化锌薄膜上，目前比较成熟的转移工艺是溶液辅助转移方法，但本征氧化锌与溶液接触，很容易引起其物理化学性质变化，因此采用热压印转移的方法将石墨烯基复合薄膜转移到EVA薄膜表面，再用EVA薄膜封装，以实现石墨烯基复合薄膜设置到本征氧化锌薄膜上，以不会引起本征氧化锌的物理化学性质的变化。
进一步的，石墨烯复合薄膜的厚度只有不到1nm，非常薄，如果直接覆盖到本征氧化锌薄膜上，很容易造成石墨烯薄膜破裂、折叠等，用热压印转移的方法将石墨烯基复合薄膜转移到EVA薄膜表面，可以解决这个问题。
在步骤S150之前还包括：
S143，在石墨烯薄膜上面利用喷涂或旋涂的方法制备一层金属纳米线网络结构，纳米线直径≤100nm，合成石墨烯基复合薄膜，厚度≤200nm，其中，石墨烯薄膜单层或少层石墨烯薄膜，通常是生长在铜箔表面，厚度≤1nm。
在本实用新型实施例中，所述石墨烯基复合薄膜的厚度≤200nm，比起现有技术中的AZO薄膜约为800～1200nm的厚度，厚度明显变薄，并且使用喷涂或旋涂的方法制作石墨烯基复合薄膜，降低了工艺难度，同时石墨烯基复合薄膜的透光率可高达94％，电阻率低于8Ω/sq，具有优良的透光率和低电阻率，性能显著优于AZO薄膜。
根据本实用新型的另一个实施例，铜铟镓硒太阳能电池组件的制作方法，包括：
S201，制备背电极：利用磁控溅射技术对清洗后的玻璃基板进行钼层镀膜，该钼层的厚度为200～500nm，薄膜方块电阻为500～1000mΩ。
S202，制备光吸收层：利用共蒸发技术蒸镀铜、铟、镓、硒形成Cu(In,Ga)Se2 光吸收层，光吸收层厚度为1.8～2.5μm，铜与第三族元素的比例在0.75～1之间。镓与第三族元素的比例在0.2～0.5之间。
S203，制备缓冲层：利用化学水浴法制备硫化镉，作为缓冲层。其厚度为 20～80nm。
S204，制备窗口层：利用磁控溅射制备本征氧化锌(i～ZnO)高阻层，而后执行S205，将石墨烯基复合薄膜转移到铜铟镓硒太阳能电池芯片上，形成窗口层。
在本实用新型的其它实施例中，S205还包括：
利用磁控溅射制备铝掺杂氧化锌(AZO)层，高阻层、石墨烯基复合薄膜和 AZO层共同作为窗口层。其中，AZO厚度为20～400nm。
S206，制备EVA薄膜封装整个膜层；在电池组件的制备过程中，用EVA 薄膜封装石墨烯基复合薄膜，避免了石墨烯基复合材料的性质变化。
S207，通过EVA薄膜敷设、层压等工艺，完成对太阳能电池组件的制备。
本实用新型实施例所涉及的铜铟镓硒太阳能电池组件方法，通过在铜铟镓硒太阳能电池组件制备过程中引入石墨烯基薄膜充当透明导电层，有效的提高铜铟镓硒薄膜太阳能电池组件透明导电层的透光性和导电性，提高了铜铟镓硒太阳能电池组件的转换效率，并且降低了透明导电层的制备难度，同时也降低了铜铟镓硒太阳能电池组件的制备难度。
上述实施例仅供说明本实用新型之用，而并非是对本实用新型的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此，所有等同的技术方案也应属于本实用新型公开的范畴。

Claims (12)

1.一种铜铟镓硒太阳能电池组件，其特征在于，包括：
基板；
背电极，设置在所述基板上；
光吸收层，设置在所述背电极上；
缓冲层：设置在所述光吸收层上；
窗口层，设置在所述缓冲层上；
其中，所述窗口层包括高阻层和透明导电层，所述透明导电层包括设置在高阻层上的石墨烯基复合薄膜。
2.根据权利要求1所述的铜铟镓硒太阳能电池组件，其特征在于，所述石墨烯基复合薄膜的厚度为0～200nm。
3.根据权利要求1所述的铜铟镓硒太阳能电池组件，其特征在于，所述石墨烯基复合薄膜包括：
石墨烯薄膜；以及
纳米线，设置在石墨烯薄膜上。
4.根据权利要求1所述的铜铟镓硒太阳能电池组件，其特征在于，包括：单层或少层石墨烯薄膜，所述石墨烯薄膜的厚度为0～1nm。
5.根据权利要求1所述的铜铟镓硒太阳能电池组件，其特征在于，所述透明导电层还包括AZO层，AZO层的厚度是20～400nm。
6.根据权利要求3所述的铜铟镓硒太阳能电池组件，其特征在于，所述纳米线形成网络结构。
7.根据权利要求6所述的铜铟镓硒太阳能电池组件，其特征在于，所述纳米线包括非金属纳米线。
8.根据权利要求7所述的铜铟镓硒太阳能电池组件，其特征在于，所述非金属纳米线包括碳纳米管。
9.根据权利要求6所述的铜铟镓硒太阳能电池组件，其特征在于，所述纳米线包括至少一种金属纳米线。
10.根据权利要求1所述的铜铟镓硒太阳能电池组件，其特征在于，还包括：封装所述背电极、光吸收层、缓冲层和窗口层的EVA层，以及设置在所述EVA层上的玻璃层。
11.根据权利要求3所述的铜铟镓硒太阳能电池组件，其特征在于，所述纳米线设置在接近高阻层的一面。
12.根据权利要求3所述的铜铟镓硒太阳能电池组件，其特征在于，所述纳米线设置在远离高阻层的一面。
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