一种具有高结合力吸收层的柔性薄膜太阳电池制造技术

本发明专利技术涉及一种具有高结合力吸收层的柔性薄膜太阳电池。本发明专利技术属于铜铟镓硒薄膜太阳电池技术领域。一种具有高结合力吸收层的柔性薄膜太阳电池，其特点是：具有高结合力吸收层的柔性薄膜太阳电池包含多层结构，多层结构依次为柔性衬底、Mo电极层、应力缓冲层、CIGS吸收层、CdS缓冲层、透明导电窗口层、Ni-Al栅电极，CIGS吸收层与Mo电极层之间设有应力缓冲层，提高柔性衬底生长的CIGS吸收层的结合力。本发明专利技术具有能够获得高结合力CIGS吸收层，有效避免了柔性衬底上的CIGS薄膜因内应力而开裂、甚至脱落等问题，改善了吸收层电学性质等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于铜铟镓硒薄膜太阳电池
，特别是涉及一种具有高结合力吸收层的柔性薄膜太阳电池。
技术介绍
目前，柔性衬底铜铟镓硒(Cu(In,Ga)Se2，简称CIGS)薄膜太阳电池具有质量比功率高、抗辐射能力强、稳定性好等优势，特别是柔性衬底CIGS薄膜电池，其质量比功率一般大于600W/kg，而且电池组件适合卷对卷制备和单片集成，在批量生产和降低成本方面具有很大潜力，应用范围更加广泛(相比于刚性衬底)。目前，制约该类电池性能提高的关键问题和技术难点是高性能CIGS吸收层的沉积技术。CIGS吸收层是该类太阳电池的核心，提高CIGS吸收层结晶质量，优化其光电性质是实验室中获得高效率CIGS薄膜太阳电池的关键，同时也是商业化生产中提高电池组件成品率，降低成本的基础。然而，对于柔性衬底，特别是聚酰亚胺塑料衬底(Polyimide，简称PI衬底)，除了吸收层结构和光电性质外，CIGS薄膜与衬底和底电极之间的结合力也是影响电池性能的重要因素之一。先前有专利(专利号：CN200610016182.7)给出了柔性CIGS薄膜太阳电池的典型结构为：柔性衬底/Mo电极层/CIGS吸收层/CdS缓冲层/透明导电窗口层/Ni-Al栅电极/减反射膜。该专利没有考虑PI衬底上沉积CIGS吸收层的附着性问题。由于薄膜层之间的热膨胀系数差别较大，如表1所示，在CIGS吸收层生长过程中，PI衬底受热发生形变，使CIGS薄膜内部积累了较大应力。按照附图1的薄膜电池结构，得到的CIGS吸收层裂痕较多，甚至出现从Mo/PI衬底上脱落现象，如图3(a)所示。CIGS吸收层在化学水浴、溅射沉积等后续工艺处理中，脱落问题会更加严重，对电池的性能和成品率造成很大影响。表1柔性衬底及相关半导体材料的热膨胀系数
技术实现思路
本专利技术为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种具有高结合力吸收层的柔性薄膜太阳电池。本专利技术的目的是提供一种能够获得高结合力CIGS吸收层，有效避免了柔性衬底上的CIGS薄膜因内应力而开裂、甚至脱落等问题，改善了吸收层电学性质等特点的具有高结合力吸收层的柔性薄膜太阳电池。本专利技术具有高结合力吸收层的柔性薄膜太阳电池结构为：柔性衬底/Mo电极层/应力缓冲层/CIGS吸收层/CdS缓冲层/透明导电窗口层/Ni-Al栅电极/减反射膜。相比于已有专利公开的柔性CIGS薄膜太阳电池结构，该结构的特点是在CIGS吸收层与Mo电极层之间设计了一个应力缓冲层，提高了柔性衬底上生长的CIGS吸收层的结合力，有效避免了吸收层的脱落问题，能够提高柔性CIGS薄膜太阳电池的性能和成品率。本专利技术柔性CIGS薄膜太阳电池包含多层结构，如附图1所示。采用柔性衬底(包括PI衬底，金属衬底等)，其上结构依次为：Mo底电极(厚度约为0.5～1μm)；应力缓冲层(In1-x,Gax)2Se3薄膜(厚度约为100nm～1000nm，简称IGS)；p型CIGS吸收层(厚度在1～3μm之间)；n型CdS缓冲层(厚度约为50nm)；i-ZnO层和ZnO:Al窗口层(厚度分别为50nm和300～500nm)；Ni/Al金属栅电极。对于小面积CIGS薄膜太阳电池，为了减小因电池表面反射而造成的光吸收损失，提高电池性能，在上述电池结构的表面沉积一层厚度约为100nm的MgF2减反射层，如附图2所示。制备应力缓冲层(In1-x,Gax)2Se3薄膜(简称IGS薄膜)的具体工艺为：整个腔室的背景真空压强达到1×10-4Pa，在CIGS薄膜吸收层沉积之前，采用共蒸发In、Ga和Se元素沉积IGS薄膜。沉积过程中，衬底温度在350℃～480℃之间范围内保持恒定，蒸发腔室中始终保持足够的Se气氛，以保证沉积到衬底上的In、Ga元素与Se元素充分反应，形成(In1-x,Gax)2Se3相。Ga、In蒸发源的温度分别恒定为900℃-1100℃、800℃-1000℃，Se蒸发源在250℃～350℃范围内保持恒定。薄膜沉积速率约为15nm/min，得到厚度约为100-1000nm的(In1-x,Gax)2Se3薄膜(0.2<x<0.8)，然后沉积CIGS吸收层。IGS薄膜沉积过程中腔室的真空压强保持在1×10-3Pa左右。本专利技术具有高结合力吸收层的柔性薄膜太阳电池所采取的技术方案是：一种具有高结合力吸收层的柔性薄膜太阳电池，其特点是：具有高结合力吸收层的柔性薄膜太阳电池包含多层结构，多层结构依次为柔性衬底、Mo电极层、应力缓冲层、CIGS吸收层、CdS缓冲层、透明导电窗口层、Ni-Al栅电极，CIGS吸收层与Mo电极层之间设有应力缓冲层，提高柔性衬底生长的CIGS吸收层的结合力。本专利技术具有高结合力吸收层的柔性薄膜太阳电池还可以采用如下技术方案：所述的具有高结合力吸收层的柔性薄膜太阳电池，其特点是：具有高结合力吸收层的柔性薄膜太阳电池包含多层结构，在电池结构的表面沉积一层MgF2减反射层。所述的具有高结合力吸收层的柔性薄膜太阳电池，其特点是：MgF2减反射层厚度为90-110nm。所述的具有高结合力吸收层的柔性薄膜太阳电池，其特点是：Mo电极层厚度为0.5～1μm，p型CIGS吸收层厚度为1～3μm，n型CdS缓冲层厚度为45-55nm。所述的具有高结合力吸收层的柔性薄膜太阳电池，其特点是：应力缓冲层为(In1-x,Gax)2Se3薄膜0.2<x<0.8应力缓冲层。所述的具有高结合力吸收层的柔性薄膜太阳电池，其特点是：(In1-x,Gax)2Se3薄膜应力缓冲层厚度为100nm～1000nm。本专利技术具有的优点和积极效果是：具有高结合力吸收层的柔性薄膜太阳电池由于采用了本专利技术全新的技术方案，与现有技术相比，本专利技术具有以下特点：1、本专利技术在CIGS吸收层和底电极Mo之间设计一层IGS应力缓冲层。在沉积CIGS吸收层之前，首先沉积一定厚度的IGS应力缓冲层，其热膨胀系数与PI衬底和CIGS材料之间的差别较小，与Mo电极的结合力比CIGS吸收层强。当PI衬底受热发生形变时，IGS层有效缓解了CIGS薄膜成核、结晶过程中积累的内部应力，获得了高结合力的CIGS吸收层，避免了柔性衬底上的CIGS薄膜因内应力而开裂、甚至脱落的问题，如附图3所示。2、本专利技术在CIGS吸收层和底电极Mo之间设计一层IGS应力缓冲层，在沉积缓冲层的同时可以蒸发NaF，得到含Na的IGS薄膜。Na原子通过扩散进入后续沉积的铜铟镓硒薄膜中，改善了吸收层的电学性质。同时避免了单独本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有高结合力吸收层的柔性薄膜太阳电池，其特征是：具有高结合力吸收层的柔性薄膜太阳电池包含多层结构，多层结构依次为柔性衬底、Mo电极层、应力缓冲层、CIGS吸收层、CdS缓冲层、透明导电窗口层、Ni‑Al栅电极，CIGS吸收层与Mo电极层之间设有应力缓冲层，提高柔性衬底生长的CIGS吸收层的结合力。

【技术特征摘要】
1.一种具有高结合力吸收层的柔性薄膜太阳电池，其特征是：具有高结合力吸收层的
柔性薄膜太阳电池包含多层结构，多层结构依次为柔性衬底、Mo电极层、应力缓冲
层、CIGS吸收层、CdS缓冲层、透明导电窗口层、Ni-Al栅电极，CIGS吸收层与Mo
电极层之间设有应力缓冲层，提高柔性衬底生长的CIGS吸收层的结合力。
2.根据权利要求1所述的具有高结合力吸收层的柔性薄膜太阳电池，其特征是：具有
高结合力吸收层的柔性薄膜太阳电池包含多层结构，在电池结构的表面沉积一层MgF2减反射层。
3.根据权利要求2所述的具有高结合力吸收层的柔性薄膜太阳电池，其特征是：MgF...

【专利技术属性】
技术研发人员：王赫，乔在祥，赵彦民，李微，张超，杨亦桐，王胜利，杨立，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十八研究所，
类型：发明
国别省市：天津;12