一种CIGS基薄膜太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种CIGS基薄膜太阳能电池及其制备方法，所述CIGS基薄膜太阳能电池包括基板；背电极层，位于所述基板上；光吸收层，位于所述背电极层上；缓冲层，位于所述光吸收层上；以及正面电极层，位于所述缓冲层之上，所述正面电极层具有透明导电氧化物膜层和透明栅电极膜层，所述透明栅电极膜层所涂覆的面积小于透明导电氧化物膜层所涂覆的面积，所述透明栅电极膜层至少部分的覆盖P2凹槽。本发明专利技术通过透明导电氧化物膜层和透明栅电极膜层的组合来收集光吸收层中的光生载流子，提高了收集效率，进而可加宽单元电池的宽度，以减少电池死区面积的占比。

CIGS based thin film solar cell and preparation method thereof

The invention discloses a CIGS based thin film solar cell and a preparation method thereof, wherein the CIGS thin film solar cell comprises a substrate; a back electrode layer on the substrate; the light absorption layer is positioned on the back electrode layer; buffer layer is located on the light absorption layer; and a positive electrode layer. In the buffer layer, the positive electrode layer has a transparent conductive oxide film and transparent gate electrode film, the transparent gate electrode film coated transparent conductive oxide film area is less than the coated area, the transparent gate electrode film covering at least part of the groove P2. The invention is to collect the light absorption layer of photogenerated carriers through a combination of transparent conductive oxide film and transparent gate electrode film, improve the collection efficiency, which can widen the width of the unit cells, to reduce the proportion of the area of dead cell.

【技术实现步骤摘要】
一种CIGS基薄膜太阳能电池及其制备方法
本专利技术属于太阳能电池领域，具体地涉及一种CIGS基薄膜太阳能电池及其制备方法。
技术介绍
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（CIGS）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，已超过22%的转化率，因此日本、德国、美国等国家都投入巨资进行研究和产业化。传统的薄膜太阳能电池的结构如图1所示，包括基板1，以及依次设置在基板1上的背电极层2、光吸收层3、缓冲层4、本征氧化锌层5和透明导电窗口层6，透明导电窗口层6可以是透明导电氧化物（TCO）材料。多个薄膜太阳能电池单元形成在一个大基板上，并且通过每个薄膜太阳能电池单元中的各个互连结构进行串联连接，以形成薄膜太阳能电池模块。每个互连结构都包括三条划线，被称为P1、P2和P3。P1划线延伸穿过背电极层2并且填充有光吸收层3材料；P2划线延伸穿过缓冲层4和光吸收层3，并且填充有透明导电窗口层材料6，因此P2划线将一薄膜太阳能电池单元的正面透明导电窗口层6电极连接至相邻太阳能电池单元的背电极层2；P3划线延伸穿过正面透明导电窗口层6、、本征氧化锌层5、缓冲层4和光吸收层3。因为互连结构不会有助于薄膜太阳能电池的光吸收和电流的生成，所以薄膜太阳能电池位于互连结构外部的一部分被称为有效电池。因此，薄膜太阳能电池模块的一系列电阻在很大程度上取决于正面透明导电窗口层的电阻和正面透明导电窗口层与背电极层之间的接触电阻。传统的CIGS基薄膜光伏电池普遍采用AZO透明导电膜层作为窗口层，其AZO导电层的厚度要达到400nm以上，为了获得更低的方块电阻，AZO导电层的厚度要达到1000nm。然而，AZO导电层的厚度越厚其可见光透过率就越低，这将使薄膜电池的短路电流降低；如果使用较薄的AZO导电层，则其方块电阻较大，这将使薄膜电池的串联电阻上升。所以使用AZO导电层时就要在这几方面进行平衡。在制作AZO导电层的过程还要对沉积有PN结半导体膜的基板进行加热到至少200℃，加热温度要进行严格控制，如果温度过高将会破坏半导体膜的PN结，导致电池性能恶化；如果温度太低沉积的AZO膜的质量就比较差，这也会导致电池性能下降，这些将导致电池的制造成本上升。再者，在CIGS基薄膜太阳能电池装置中AZO膜层的使用厚度都是比较厚的，这也会使电池的制造成本增加，同时还会使薄膜太阳能电池的内部膜层应力增加。薄膜太阳能电池为了增加收集光吸收层中的光生载流子，传统的做法是在正面的透明导电窗口层上印刷或蒸镀金属栅电极（例如使用银浆印刷栅电极等），这样就可以提高载流子的收集效率，但所印刷的或蒸镀的金属栅电极不能够透光，其会遮挡入射至该区域的光，使该区域的薄膜太阳能电池称为发电的死区，这就导致了薄膜太阳能电池的有效发电面积减少。
技术实现思路
本专利技术的目的在于为克服上述的现有技术之不足，提供一种薄膜太阳能电池，在不减少电池的发电面积的前提下，既能提高入射光的入射率、提高载流子的收集效率，因而可获得较高的短路电流；又可获得低的正面电极层与背电极层之间的接触电阻，因此可获得较低的薄膜太阳能电池单元的串联电阻，提高薄膜太阳能电池的性能。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种CIGS基薄膜太阳能电池，包括基板；背电极层，位于所述基板上；光吸收层，位于所述背电极层上；缓冲层，位于所述光吸收层上；以及正面电极层，位于所述缓冲层之上，所述正面电极层具有透明导电氧化物膜层和透明栅电极膜层，所述透明栅电极膜层所涂覆的面积小于透明导电氧化物膜层所涂覆的面积。进一步的，所述正面电极层的具体是：所述透明导电氧化物膜层位于透明栅电极膜层之上；或者是所述透明栅电极膜层位于透明导电氧化物膜层之上，或者是所述透明栅电极膜层被透明导电氧化物膜层所夹持包覆。进一步的，所述透明栅电极膜层中至少含有一层金属膜层。更进一步的，所述透明栅电极膜层还包括有电介质膜层，所述电介质膜层的材料为氧化钛、掺杂氧化钛、氧化锆、氧化镍铬、氧化铟、掺杂氧化铟、掺杂氧化锌、掺杂氧化锡、氧化硅、氮化硅、氧化锡、氧化锌、氧化锌锡、氧化锌镁、氮氧化硅、氧化锌硅、氧化铋、氧化铌、氧化铪、氧化钽、氧化铝、氧化钛铝、氧化钛锆、氧化硅铝、氮化硅铝、氮氧化硅铝、氧化硅锆、氧化硅钛中的一种或两种以上；所述电介质膜层的元素组成可以是化学计量的也可以是非化学计量的。进一步的，所述金属膜层的厚度不大于30nm，优选金属膜层的厚度为8-25nm；更优选金属膜层的厚度更为10-20nm，金属膜层的材料选用银、金、铜、铝、镍铬合金、铬、铌和钼中的至少一种。进一步的，所述透明栅电极膜层为梳子状或类梳子状，所述透明栅电极膜层包括多条间隔栅线的指状区域和连通多条间隔栅线的母线区域，或者所述透明栅电极仅包括多条间隔栅线的指状区域，所述指状区域的栅线可以是直线型的，也可以是非直线型的任何形状的组合；所述指状区域的相邻两条栅线间距至少为2mm，优选相邻两条栅线间距至少为5mm。所述透明栅电极膜层也可由石墨烯和电介质膜层组成，或只由石墨烯组成。进一步的，还包括具有多条划线的互连结构和多个凹槽，所述透明栅电极膜层的指状区域的栅线与所述多个凹槽的长度方向互不平行。进一步的，所述透明栅电极膜层至少部分覆盖P2凹槽，优选所述透明栅电极膜层全部覆盖P2凹槽。进一步的，所述透明导电氧化物膜层为氧化铟掺杂锡、氧化铟掺杂钨、氧化锌掺杂硼、氧化锌掺杂铝、氧化锌掺杂镓、氧化锌掺杂铟镓、氧化锌掺杂铟、氧化锡掺杂氟、氧化锡掺杂锑和氧化锡掺杂碘中的一种或两种以上，所述透明导电氧化物膜层的厚度至少为80nm，优选所述透明导电氧化物膜层的厚度至少为150nm。进一步的，还包括一层高电阻率膜层，所述高电阻率膜层位于缓冲层和正面电极层之间，所述高电阻率膜层为一层本征氧化锌膜层或者为具有高电阻率的掺杂氧化锌膜层，或者由一层本征氧化锌膜层和一层掺杂氧化锌膜层组成；所述掺杂氧化锌膜层电阻率不小于0.08Ωcm，同时不大于95Ωcm，所述掺杂氧化锌膜层的掺杂剂可选自B、Al、Ga或In元素中的至少一种。进一步的，所述基板为钠钙玻璃、不锈钢薄板、聚酰亚胺板、铝薄板或钛薄板。进一步的，所述透明栅电极膜层的可见光透过率至少为35%，优选的其可见光透过率至少为60%，更优选的其可见光透过率至少为70%，最优选的其可见光透过率至少为80%。进一步的，所述基板包括一层阻挡材料层，所述阻挡材料层位于基板的表面，所述阻挡材料层由氧化硅、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、锌锡氧化物或它们的混合物组成；或所述阻挡材料层由硅、锆和钛中的至少一种元素与钼组成的至少两种元素的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种CIGS基薄膜太阳能电池，其特征在于：包括基板；背电极层，位于所述基板上；光吸收层，位于所述背电极层上；缓冲层，位于所述光吸收层上；以及正面电极层，位于所述缓冲层之上，所述正面电极层具有透明导电氧化物膜层和透明栅电极膜层，所述透明栅电极膜层所涂覆的面积小于透明导电氧化物膜层所涂覆的面积。

【技术特征摘要】
1.一种CIGS基薄膜太阳能电池，其特征在于：包括基板；背电极层，位于所述基板上；光吸收层，位于所述背电极层上；缓冲层，位于所述光吸收层上；以及正面电极层，位于所述缓冲层之上，所述正面电极层具有透明导电氧化物膜层和透明栅电极膜层，所述透明栅电极膜层所涂覆的面积小于透明导电氧化物膜层所涂覆的面积。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：所述正面电极层的具体是：所述透明导电氧化物膜层位于透明栅电极膜层之上；或者是所述透明栅电极膜层位于透明导电氧化物膜层之上，或者是所述透明栅电极膜层被透明导电氧化物膜层所夹持包覆。3.根据权利要求1或2所述的CIGS基薄膜太阳能电池，其特征在于：所述透明栅电极膜层中至少含有一层金属膜层。4.根据权利要求3所述的CIGS基薄膜太阳能电池，其特征在于：所述透明栅电极膜层还包括有电介质膜层。5.根据权利要求3所述的CIGS基薄膜太阳能电池，其特征在于：所述金属膜层的厚度不大于30nm。6.根据权利要求1或2所述的CIGS基薄膜太阳能电池，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：李艺明，邓国云，李浩，
申请(专利权)人：江苏神科新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32