一种具有无Cd缓冲层的CIGS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具有无Cd缓冲层的太阳能电池及其制备方法，包括依次设置的基底、背电极层、CIGS吸收层、缓冲层、透明导电层、顶电极，其中，所述缓冲层为Zn基化合物Zn(S,O)。本发明专利技术的缓冲层采用Zn基化合物,生产过程没有Cd参与，更加环保、可靠；缓冲层采用Zn(S,O)，具有更宽带隙，可以更有效利用太阳光提升电流密度从而增加电池效率；缓冲层与其他膜层的生产工艺相匹配，同属真空干法，提高了生产效率，有利于大规模生产，提高产能。

【技术实现步骤摘要】
一种具有无Cd缓冲层的CIGS太阳能电池及其制备方法
本专利技术属于薄膜太阳能电池领域，尤其涉及一种具有无Cd缓冲层的铜(Cu)铟(In)镓(Ga)硒(Se)(简称：CIGS)太阳能电池以及这种太阳能电池的制备方法。
技术介绍
太阳能电池是通过光电效应或光化学效应直接把太阳光能转化成电能的半导体功能器件。自从1974年Wanger等制备出了世界上第一个CIS薄膜太阳能电池以来，CIS/CIGS太阳能电池以其在日光曝晒下性能稳定、抗辐射能力强、转化效率提升空间大、可沉积在柔性衬底上等优点，受到了光伏产业研究者的广泛关注。CIGS薄膜太阳能电池是在玻璃或者其他廉价衬底上分别沉积多层薄膜而构成的光伏器件。传统的CIGS薄膜太阳电池是SLG(钠钙玻璃)/底电极Mo/吸收层CIGS/缓冲层CdS/窗口层i-ZnO/透明导电层AZO结构。其中，缓冲层CdS通常采用化学水浴法(chemicalbathdeposition,CBD)制备。虽然CBD方法制备的CdS缓冲层已经被证明在CIGS太阳能电池中是行之有效的缓冲层，但是仍然存在一些问题。首先，CdS缓冲层材料中的Cd是重金属，属于有毒物质，生产过程中含Cd废水的排放，以及报废电池中Cd的流失会造成环境污染，对操作者也有一定危害；其次，CdS的禁带宽度在2.4～2.5eV，会吸收太阳光谱中350～550nm的高能光子，导致光学损耗，不利于吸收层对太阳光的充分利用；再次，CdS缓冲层采用化学水浴方法，该湿法制备工艺与CIGS太阳能电池其他各层的干法制备工艺不匹配，不利于规模化流水线生产，生产效率较低、成本较高。因此，需要制备一种环保可靠、电池效率高、生产效率高的CIGS太阳能电池。
技术实现思路
(一)专利技术目的本专利技术的目的是提供一种环保可靠、电池效率高、生产效率高的CIGS太阳能电池及其制备方法。缓冲层为Zn基化合物Zn(S,O)，生产过程没有Cd参与，更加环保、可靠；缓冲层采用Zn(S,O)，具有更宽带隙，可以更有效利用太阳光提升电流密度从而增加电池效率；缓冲层与其他膜层的生产工艺相匹配，同属真空干法，提高了生产效率，有利于大规模生产，提高产能。(二)技术方案为了解决上述问题，本专利技术的第一方面提供了具有无Cd缓冲层的太阳能电池，包括依次设置的基底、背电极层、CIGS吸收层、缓冲层、透明导电层、顶电极，其中，所述缓冲层为Zn基化合物Zn(S,O)。优选地，所述Zn基化合物Zn(S,O)缓冲层中的各元素的原子比例分别为Zn:40％-60％，S:15％-30％，O:15％-30％。优选地，所述缓冲层材料还可以为ZnS(O,OH)、ZnSe、ZnInxSey、Zn1-xMgxO、Zn(Se,OH)、Zn(S,O,OH)、ZnMgO中的一种。优选地，所述Zn基化合物Zn(S,O)缓冲层中S与Zn的原子比大于等于0.5，且小于等于0.6。优选地，所述Zn基化合物Zn(S,O)缓冲层中的各元素的原子比例分别为Zn:45％-50％，S:25％-30％，O:22％-26％。优选地，所述缓冲层薄膜中的各元素的原子比例为Zn:S:O＝48:28:24。优选地，所述Zn(S,O)缓冲层的厚度为0.04-0.12μm。优选地，所述Zn(S,O)缓冲层的厚度为0.1μm。优选地，所述吸收层中Cu、In、Ga、Se各元素的质量百分比分别为15wt％-30wt％、15wt％-25wt％、5wt％-15wt％、40wt％-60wt％。优选地，所述吸收层中Cu、In、Ga、Se各元素的质量百分比分别为23.5％、19.5％、7％、50％。优选地，在所述基底与所述背电极层之间还设置有过渡层。优选地，所述过渡层为Si3N4层。优选地，所述基底为钙钠玻璃，所述背电极层为Mo层，所述透明导电层为AZO层。优选地，所述吸收层的厚度为1.5μm-2.5μm。优选地，所述吸收层的厚度为2μm。根据本专利技术的另一个方面，还提供了一种上述太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：1)在所述基底上采用磁控溅射法制备背电极层；2)在所述背电极层上采用三步共蒸发法制备吸收层；3)在所述吸收层上采用磁控溅射法制备缓冲层；4)在所述缓冲层上采用磁控溅射法制备透明导电层；5)在所述透明导电层上通过磁控溅射法沉积顶电极层。优选地，所述步骤3)采用磁控溅射法制备缓冲层的具体方法为：以Ar气为放电气体，O2为工作气体，以ZnS陶瓷靶为靶材，使用射频电源在吸收层上沉积Zn(S,O)缓冲层。优选地，所述步骤3)中Ar气的流量为200sccm-500sccm，O2气的流量为500sccm-1000sccm，溅射压力为0.5Pa-5Pa。优选地，所述步骤3)中Ar:O2＝300sccm:700sccm。优选地，所述步骤3)中的溅射压力为2Pa。优选地，所述ZnS陶瓷靶中的原子比例为Zn:S＝1:1。优选地，所述步骤2)中的三步共蒸发法具体为：第一步在250℃-450℃的基底温度下蒸发In、Ga和Se以使其沉积，蒸发时间为5min-20min；第二步在450℃-550℃的基底温度下蒸发Cu、In和Se以使其沉积，蒸发时间为15min-30min；第三步在500℃-550℃的基底温度下蒸发In、Ga和Se以使其沉积，蒸发时间为5min-20min。优选地，所述步骤2)中的三步共蒸发法具体为：第一步在400℃的基底温度下蒸发In、Ga和Se以使其沉积；第二步在500℃的基底温度下蒸发Cu、In和Se以使其沉积；第三步在520℃的基底温度下蒸发In、Ga和Se以使其沉积。优选地，所述步骤2)采用的三步共蒸发法中第一步的蒸发时间为10min，第二步的蒸发时间为20min，第三步的蒸发时间为10min。优选地，所述步骤2)三步共蒸发之前还包括通过真空蒸渡装置提供气态的蒸渡源，具体步骤为：在真空蒸镀装置的腔室中分别配置Cu、In、Ga、Se作为蒸镀源，当腔室内的真空度达到2×10-4Pa，加热Cu、In、Ga、Se蒸镀源，使其分别达到1050℃-1200℃、770℃-900℃、900℃-1100℃、260℃-350℃。优选地，所述步骤2)中加热Cu、In、Ga、Se蒸镀源，使其分别达到1100℃、780℃、950℃、280℃。优选地，所述步骤1)制备背电极之前，还包括采用磁控溅射法在所述基底上制备过渡层。优选地，所述制备过渡层的具体方法为：以Ar气为放电气体，以质量比为Si:Al＝90-98:2-10的硅铝为靶材，N2气为工作气体，溅射压力为0.5Pa，使用射频电源在基底上沉积Si3N4作为过渡层。优选地，硅铝靶材的硅铝质量比为Si:Al＝92:8。本专利技术缓冲层为Zn(S,O)，Zn(S,O)薄膜无毒、环保；制备过程中氧是过量的，保证在缓冲层中含有大量的氧元素以ZnO方式存在，后续不用沉积i-ZnO层，工序更简练，且转化效率不会下降；另外，缓冲层薄膜中的各元素的原子比例分别为Zn:40％-60％，S:15％-30％，O:15％-30％，得到的薄膜带隙为2.6-2.8eV，而带隙宽度主要由S与Zn的原子比S/Zn决定。当S/Zn＜0.5，得到的薄膜中含有大量的闪锌矿结构ZnS(α-ZnS)固溶体,缓冲层与吸收层界面导带失调值增大，对电子运输产生阻碍，由此，器件本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有无Cd缓冲层的太阳能电池，其特征在于，包括依次设置的基底、背电极层、CIGS吸收层、缓冲层、透明导电层、顶电极，其中，所述缓冲层为Zn基化合物Zn(S,O)。

【技术特征摘要】
1.一种具有无Cd缓冲层的太阳能电池，其特征在于，包括依次设置的基底、背电极层、CIGS吸收层、缓冲层、透明导电层、顶电极，其中，所述缓冲层为Zn基化合物Zn(S,O)。2.根据权利要求1所述的太阳能电池，所述Zn基化合物Zn(S,O)缓冲层中各元素的原子比例分别为Zn:40％-60％，S:15％-30％，O:15％-30％，优选地，Zn:45％-50％，S:25％-30％，O:22％-26％。3.根据权利要求1所述的太阳能电池，所述缓冲层材料还可以为ZnS(O,OH)、ZnSe、ZnInxSey、Zn1-xMgxO、Zn(Se,OH)、Zn(S,O,OH)、ZnMgO中的一种。4.根据权利要求1或2所述的太阳能电池，所述Zn基化合物Zn(S,O)缓冲层中S与Zn的原子比大于等于0.5，且小于等于0.6。5.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述CIGS吸收层中Cu、In、Ga、Se各元素的质量百分比分别为15wt％-30wt％、15wt％-25wt％、5wt％-15wt％、40wt％-60wt％。6.一种根据权利要求1所述的具有无Cd缓冲层的太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)在所述基底上采用磁控溅射法制备背电极层；2)在所述背电极层上采用三步共蒸发法制备吸收层；3)在所述吸收层上采用磁控溅射法制备缓冲层；4)在所述缓冲层上采用磁控溅射法制备透明导电层；5)在所述透...

【专利技术属性】
技术研发人员：张立强，
申请(专利权)人：北京铂阳顶荣光伏科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11