CN209232798U - 一种新型柔性高耐候的cigs太阳能电池 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种新型柔性高耐候的CIGS太阳能电池，包括网印银合金上电极、光窗层、缓冲层、主吸收层、下电极、阻障层和衬底，其还包括透明导电层，所述衬底、阻障层、下电极、主吸收层、缓冲层、光窗层、透明导电层和网印银合金上电极由下而上依次连接。本实用新型通过增加新型透明导电层来提高太阳光透过率，从而提高薄膜太阳能电池的光电转换效率。上述电池全制程采用真空方式来生产，具有环保、质轻、量产性高、可携式及安装便利等优点，具备产业化价值。
Description
技术领域
本实用新型涉及薄膜光电池技术领域，尤其涉及一种新型柔性高耐候的CIGS太阳能电池。
背景技术
全球能源需求逐年攀高，在节能及环保意识抬头下，发展再生能源为全球共同的目标；以再生能源来说，无论水力、风力、地热发电来说，均需以动能转换方式来获得转换效率，而太阳能发电则是利用太阳光转换成电能之发电系统，在太阳能发电系统中无可动部分，不像风力、水力、地热等发电系统中均须用到转动机械，因此不会有高温高压及噪音等困扰，在发电过程中不造成环境负担，为一洁净地绿色能源。另外，太阳光源取之不尽用之不竭的特性，使得太阳能发电系统能具有永续利用之一大优点；虽然现今太阳能发电之光电转换效率尚不高，但太阳能发电系统不需耗费额外的能源成本为其优势，换句话说，这些原本不被人们利用的能源现在有部分比例作为电力来源。太阳每天照射到地表的能量,超过全人类30年所需要的能源，太阳能电池已成为未来替代能源的主流。
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22%。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。
在单一膜层内，各材料成份比之参数调配、薄膜晶体结构、制程方式与优化制程等各种因素为其制备上的挑战，此外，还需考虑到各膜层堆栈成组件的匹配性、各膜层制备方式与制程间的相互影响等众多因素，尤其从相关文献显示CIGS(铜铟镓硒)对于各种制程参数下对于组件影响极其敏感，更增添CIGS(铜铟镓硒)薄膜太阳能电池在制备上的困难，同时也使得技术门坎相对地提高，在国际光伏界认为是技术难度比较大的一种太阳电池。
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。
实用新型内容
有鉴于此，提供一种新型柔性高耐候的CIGS太阳能电池，通过增加新型透明导电层来提高太阳光透过率，从而提高薄膜太阳能电池的光电转换效率。
一种新型柔性高耐候的CIGS太阳能电池，包括网印银合金上电极、光窗层、缓冲层、主吸收层、下电极、阻障层和衬底，其还包括透明导电层，所述透明导电层优选为IZTO/ITO/IZTO三明治结构层，所述衬底、阻障层、下电极、主吸收层、缓冲层、光窗层、透明导电层和网印银合金上电极由下而上依次连接，所述下电极优选为MoNa/MoK/Mo三层结构层，其中MoNa及MoK顺序可以互换。
进一步地，所述IZTO层厚度为75-300nm，折射率为1.9-2.2；所述ITO层厚度为75-300nm，折射率为1.9-2.1。
进一步地，所述衬底为不锈钢基板；所述阻障层优选为WTi、Ti、Cr或TiN；所述主吸收层优选CIGS吸收层；缓冲层优选CdS、In2S3或ZnOS；所述光窗层优选ZnO或ZnMgO；所述网印银合金上电极优选为网印及烧结Ag合金电极。
进一步地，所述光窗层优选ZnO时，其厚度为50-200nm，折射率为2.0-2.1；所述光窗层优选ZnMgO时，其厚度为50-200nm，折射率为1.9-2.2。
进一步地，所述缓冲层优选CdS时，其厚度为20-200nm，折射率为2.2-2.6；所述缓冲层优选In2S3时，其厚度为20-200nm，折射率为2.2-2.6；所述缓冲层优选ZnOS时，其厚度为20-200nm，折射率为2.1-2.6。
进一步地，所述CIGS吸收层厚度为500-3000nm。
进一步地，所述MoNa层厚度为50-300nm，所述MoK层厚度为50-300nm，所述Mo层厚度为50-300nm。
进一步地，所述阻障层优选WTi时，其厚度为25-200nm；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TiN时，其厚度为25-200nm。
进一步地，所述不锈钢基板厚度为0.05-0.15mm。
上述新型柔性高耐候的CIGS太阳能电池，除了柔性不锈钢衬底及阻障层外，还采用了新型IZTO/ITO/IZTO薄膜三明治结构的为主透明导电膜层，经过特殊设计的透明导电膜能减少厚度、降低膜层阻值及提高光透性能。本产品的开发利用新型IZTO及ITO薄膜替代传统AZO薄膜，进一步减小了光窗膜层厚度，同时由于最外层非晶结构的透明导电膜设计，有助于降低水气进入电池材料内部的机会，维持透明导电膜的质量及内部其他膜层的稳定性，确保电池在周转及后制程的便利性。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。用三层结构的下电极，提供较多的Na及K元素扩散至吸收层，有利于转换效率的提高。柔性高耐候的CIGS太阳能电池全制程采用真空方式来生产，具有环保、质轻、量产性高、可携式及安装便利等优点，具备产业化价值。
附图说明
图1是本实用新型实施例的新型柔性高耐候的CIGS太阳能电池结构示意图。
具体实施方式
以下将结合具体实施例和附图对本实用新型进行详细说明。
请参阅图1，示出一种新型柔性高耐候的CIGS太阳能电池10，包括网印银合金上电极1、透明导电层2、光窗层3、缓冲层4、主吸收层5、下电极6、阻障层7和衬底8，其中所述衬底8、阻障层7、下电极6、主吸收层5、缓冲层4、光窗层3、透明导电层2和网印银合金上电极1由下而上依次连接。
进一步地，所述透明导电层2优选为IZTO/ITO/IZTO三明治结构层；具体地，所述IZTO层厚度为75-300nm，折射率为1.9-2.2，当IZTO层厚度为150nm时，其电阻值小于5x10-4Ωcm，可见光透光性大于82％；所述ITO层厚度为75-300nm，折射率为1.9-2.1，当ITO层厚度为150nm时，其电阻值小于4x10-4Ωcm可见光透光性大于82％。
进一步地，所述衬底8为不锈钢基板；所述阻障层7优选为WTi、Ti、Cr或TiN；所述下电极6优选为MoNa/MoK/Mo三层结构层，其中MoNa及MoK顺序可以互换；所述主吸收层5优选CIGS吸收层；缓冲层4优选CdS、In2S3或ZnOS；所述光窗层3优选ZnO或ZnMgO；所述网印银合金上电极1优选为网印及烧结Ag合金电极。其中MoNa层厚度为50-300nm，所述MoK层厚度为50-300nm，所述Mo层厚度为50-300nm；其中不锈钢基板8厚度为0.05-0.15mm。
具体地，所述光窗层3优选ZnO时，其厚度为50-200nm，折射率为2.0-2.1；所述光窗层3优选ZnMgO时，其厚度为50-200nm，折射率为1.9-2.2。
具体地，所述缓冲层4优选CdS时，其厚度为20-200nm，折射率为2.2-2.6；所述缓冲层4优选In2S3时，其厚度为20-200nm，折射率为2.2-2.6；所述缓冲层4优选ZnOS时，其厚度为20-200nm，折射率为2.1-2.6。
具体地，所述CIGS吸收层5厚度为500-3000nm，CIGS吸收层5采用全真空溅镀的方式、真空多阶段蒸发及真空溅镀后硒化等方式来制作。
具体地，所述阻障层7优选WTi时，其厚度为25-200nm；所述阻障层7优选Ti时，其厚度为25-200nm；所述阻障层7优选Cr时，其厚度为25-200nm；所述阻障层优选TiN时，其厚度为25-200nm。
具体地，在镀膜前，衬底8需要进行预处理，包括除静电、离子束轰击、加热脱气处理等。
具体地，阻障层7的制作是以真空抽气系统将溅镀腔体背景压力抽至0.7×10-5-0.9×10-5 torr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WTi、Ti或是Cr靶材（纯度99.95%）以直流电源溅镀一层25-200nm厚的WTi薄膜层、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7的镀制。
具体地，下电极6的制作以真空抽气系统将溅镀腔体背景压力抽至0.7×10-5-0.9×10-5 torr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MoNa靶材（纯度99.95%）以直流电源溅镀第一层50-300nm厚的MoNa薄膜层，在MoNa层之上使用MoK合金（纯度99.95%）以直流电源溅镀50-300nm的MoK层，最后在MoK层之上使用Mo合金（纯度99.95%）以直流电源溅镀50-300nm的MoNa层，从而完成了下电极6层的镀制，MoK及MoNa的顺序可以互换。
具体地，主吸收层5的制作以高纯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。或是使用CIGS靶材，在溅镀机中，真空抽气系统将溅镀腔体背景压力抽至0.7×10-5-0.9×10-5 torr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，以脉冲DC电源进行溅镀制程，进而完成主吸收层5的制作。
具体地，缓冲层4的制作是以真空抽气系统将溅镀腔体背景压力抽至0.7×10-5-0.9×10-5 torr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、In2S3或是ZnOS靶材（纯度>99.9%）采用RF电源溅镀制作20-200nm CdS缓冲层薄膜。
具体地，光窗层3的制作是以真空抽气系统将溅镀腔体背景压力抽至0.7×10-5-0.9×10-5 torr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，以脉冲直流(DC)电源进行溅镀制程，使用ZnO的靶材(纯度99.95%）或是ZnMgO的靶材(纯度99.95%）真空溅镀制得薄膜厚度50-200nm左右的透明ZnO或是ZnMgO氧化物薄膜。
具体地，透明导电膜层2的制作是以真空抽气系统将溅镀腔体背景压力抽至0.7×10-5-0.9×10-5 torr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IZTO靶材(纯度99.95%)及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100-500nm厚的透明导电膜2。
具体地，最后利用湿印法进行网印银合金上电极1的制作。即完成新型柔性高耐候的CIGS薄膜太阳能电池的主要结构的制作。
以上所揭露的仅为本实用新型一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属本实用新型所涵盖的范围。
Claims (9)
1.一种新型柔性高耐候的CIGS太阳能电池，包括网印银合金上电极、光窗层、缓冲层、主吸收层、下电极、阻障层和衬底，其特征在于：还包括透明导电层，所述透明导电层为IZTO/ITO/IZTO三明治结构层，所述衬底、阻障层、下电极、主吸收层、缓冲层、光窗层、透明导电层和网印银合金上电极由下而上依次连接，所述下电极为MoNa/MoK/Mo三层结构层，其中MoNa及MoK顺序可以互换。
2.根据权利要求1所述的新型柔性高耐候的CIGS太阳能电池，其特征在于：所述IZTO层厚度为75-300nm，折射率为1.9-2.2；所述ITO层厚度为75-300nm，折射率为1.9-2.1。
3.根据权利要求1所述的新型柔性高耐候的CIGS太阳能电池，其特征在于：所述衬底为不锈钢基板；所述阻障层在WTi、Ti、Cr和TiN之间四选一；所述主吸收层是CIGS吸收层；缓冲层在CdS、In2S3和ZnOS之间三选一；所述光窗层为ZnO或ZnMgO；所述网印银合金上电极为网印及烧结Ag合金电极。
4.根据权利要求3所述的新型柔性高耐候的CIGS太阳能电池，其特征在于：所述光窗层为ZnO时，其厚度为50-200nm，折射率为2.0-2.1；所述光窗层为ZnMgO时，其厚度为50-200nm，折射率为1.9-2.2。
5.根据权利要求3所述的新型柔性高耐候的CIGS太阳能电池，其特征在于：所述缓冲层为CdS时，其厚度为20-200nm，折射率为2.2-2.6；所述缓冲层为In2S3时，其厚度为20-200nm，折射率为2.2-2.6；所述缓冲层为ZnOS时，其厚度为20-200nm，折射率为2.1-2.6。
6.根据权利要求3所述的新型柔性高耐候的CIGS太阳能电池，其特征在于：所述CIGS吸收层厚度为500-3000nm。
7.根据权利要求1所述的新型柔性高耐候的CIGS太阳能电池，其特征在于：所述MoNa层厚度为50-300nm，所述MoK层厚度为50-300nm，所述Mo层厚度为50-300nm。
8.根据权利要求3所述的新型柔性高耐候的CIGS太阳能电池，其特征在于：所述阻障层为WTi时，其厚度为25-200nm；所述阻障层为Ti时，其厚度为25-200nm；所述阻障层为Cr时，其厚度为25-200nm；所述阻障层为TiN时，其厚度为25-200nm。
9.根据权利要求3所述的新型柔性高耐候的CIGS太阳能电池，其特征在于：所述不锈钢基板厚度为0.05-0.15mm。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN110112228A (zh) * | 2019-04-26 | 2019-08-09 | 圣晖莱南京能源科技有限公司 | 一种阻隔型cigs太阳能电池及其制备方法 |
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