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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CN201821328016.5U CN209232798U (zh) | 2018-08-16 | 2018-08-16 | 一种新型柔性高耐候的cigs太阳能电池 |
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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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2018
- 2018-08-16 CN CN201821328016.5U patent/CN209232798U/zh active Active
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