一种具有高光电转换效率的柔性CIGS薄膜电池制造技术

本发明专利技术公开了一种具有高光电转换效率的柔性CIGS薄膜电池，所述薄膜电池沿纵向依次包括CIGS光吸收层、缓冲层以及透明表面电极层；透明表面电极层依次包括高阻抗层和低阻抗层；CIGS光吸收层上表面刻蚀有多个凹齿结构，多个凹齿结构呈矩阵式排布；高阻抗层具有多个与凹齿结构相对应的凸起结构，凸起结构顶部开口且向下凸起，高阻抗层的凸起结构嵌入CIGS光吸收层上表面的凹齿结构中，低阻抗层的下表面形成有多个与凸起结构相对应的凸起块，凸起块嵌入顶部开口的凸起结构中，低阻抗层上表面呈连续平整结构。

【技术实现步骤摘要】
一种具有高光电转换效率的柔性CIGS薄膜电池
本专利技术涉及一种具有高光电转换效率的柔性CIGS薄膜电池。
技术介绍
光伏行业发展至今，产生了各式各样的电池，包括单晶、多晶电池，非晶薄膜、CIGS薄膜、砷化镓薄膜、碲化镉薄膜电池以及有机化合物电池等，利用的都是一个基本原理：电池内部半导体原子吸收光的能量由基态变为激发态，形成具有电子-空穴对复合体结构的激子，其能在晶体中移动并传递能量(激子扩散或迁移)，到达电池PN结界面后，在内建电场作用下，带负电的电子移动到节面一边的N型区域，带正电的空穴则移动到节面另一边的p型区域，就有了电荷的定向移动，产生光伏电流。起到电荷传输功能的电子、空穴则称之为载流子。而光伏电池的光电转换效率与激子数量和激子寿命紧密相关，激子数量受半导体材料自身光谱特性、光照强度和光线吸收率等影响，激子寿命受半导体自身材料特性、晶体缺陷及杂质等影响。当选定一种半导体材料后，在标准光照强度下，往往通过增加光线吸收率来提高激子数量，增加光电转换效率，例如表面制绒、减反射镀膜、纳米槽或纳米柱等馅光结构，虽然纳米柱制绒能够显著提高电池陷光效果，但是其表层纳米绒面部分却不利于横向电荷的输运，而且越是精细，制绒深度越深，电荷传输越困难，造成透明表面电极实际有效用的膜层更薄，电阻增大，反而降低效率；另外，激子迁移过程中，易被光吸收层的缺陷及杂质捕获，或电子、空穴再复合，导致激子迁移过程中寿命很短，造成电池内部载流子减少，电池光电转换效率降低。通过外源离子掺杂及其他物理手段消除光吸收层缺陷可以在一定程度上提高激子寿命。但是通过外源离子掺杂的方法，除了有额外引入杂质离子影响效率的风险外，还有就是即使成功在不引入杂质的条件下掺杂单质金属(比如CIGS薄膜电池金属钠掺杂)在一定时间内有积极影响，但是随着光伏组件在外界环境下的长期工作，钠的扩散流失会明显增加，积极效应逐渐退去，激子寿命又再次大幅度下降。激子扩散的短寿命使得其平均扩散距离很短，往往是靠近PN结界面的激子能产生光生电流，电池深部区域即使吸收了光照产生许多载流子，由于激子扩散中途湮灭，大部分都没能到达PN结界面形成电流，造成载流子利用率低。无机硅材料类电池激子迁移的平均距离最佳，达到几微米级，CIGS薄膜电池、砷化镓电池、碲化镉薄膜电池次之，最差的是有机薄膜类电池，最长距离不足200nm，最差的仅有10nm，这也就是目前各类电池转换效率差别较大的一个深层次原因。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术针对现有技术中为提高光线吸收率通过表面纳米制绒馅光会导致导电性降低的问题，以及针对提高激子扩散寿命通过掺杂光吸收层方法存在的有效时间短的问题，提供一种具有高光电转换效率的柔性CIGS薄膜电池。技术方案：本专利技术所述的具有高光电转换效率的柔性CIGS薄膜电池，所述薄膜电池沿纵向依次包括CIGS光吸收层、缓冲层以及透明表面电极层；所述透明表面电极层依次包括高阻抗层和低阻抗层；所述CIGS光吸收层上表面刻蚀有多个凹齿结构，多个凹齿结构呈矩阵式排布；高阻抗层具有多个与凹齿结构相对应的凸起结构，凸起结构顶部开口且向下凸起，高阻抗层的凸起结构嵌入CIGS光吸收层上表面的凹齿结构中，低阻抗层的下表面形成有多个与凸起结构相对应的凸起块，凸起块嵌入顶部开口的凸起结构中，低阻抗层上表面呈连续平整结构。本专利技术所述的具有高光电转换效率的柔性CIGS薄膜电池，所述薄膜电池沿纵向依次包括CIGS光吸收层、缓冲层以及透明表面电极层；所述透明表面电极层依次包括高阻抗层和低阻抗层；所述CIGS光吸收层上表面刻蚀有多个凹齿结构，多个凹齿结构呈矩阵式排布；高阻抗层具有多个与凹齿结构相对应的凸起结构，高阻抗层的凸起结构嵌入CIGS光吸收层上表面的凹齿结构中，且高阻抗层的凸起结构将凹齿结构填充满，低阻抗层沉积在高阻抗层上表面，低阻抗层上表面呈连续平整结构。其中，所述凸起结构与凹齿结构之间还夹有一层缓冲层。其中，所述凹齿结构的横截面为矩形或锥型。其中，所述CIGS光吸收层在丝印导电栅线的位置刻蚀有线槽结构，所述透明表面电极层在与线槽结构对应的位置处设有向下凸的线状凹槽，向下凸的线状凹槽嵌入CIGS光吸收层的线槽结构中，导电栅线的下端部嵌入线状凹槽中，导电栅线的上端部向上延伸至线状凹槽外。其中，所述导电栅线包括位于线状凹槽内的下端部和伸出线状凹槽的上端部，所述导电栅线上端部与低阻抗层连接，导电栅线下端部与高阻抗层连接。其中，所述导电栅线上端部的横截面呈半圆形或矩形，所述导电栅线下端部的横截面呈矩形；所述导电栅线上端部为银栅线；所述导电栅线下端部为银栅线或为掺杂有钠的银栅线，当为掺杂有钠的银栅线时，钠掺杂在银栅线的下端。其中，所述导电栅线丝印在电池上，形成栅线电极；栅线电极为含至少一个主栅线的栅线电极或栅线电极为无主栅栅线电极。其中，所述栅线电极中的细栅线对应的线状凹槽的内径为49～79um，深度为1.75～2.25um；栅线电极中的主栅线对应的线状凹槽的内径为999～1499um，深度为1.75～2.25um。其中，在距离电池外边缘0.1～1mm处设置隔离带，隔离带和与其对应的电池边缘相互平行，隔离带在电池外围围合成环型；隔离带的宽度为0.02～0.05mm，隔离带的深度为从电池上表面直达基板上表面。有益效果：本专利技术薄膜电池一方面通过光吸收层与透明表面电极层形成的齿合结构作为陷光结构增大光线吸收率，从而增大光吸收层中激子的数量，另一方面通过光吸收层与透明表面电极层形成的齿合结构增大光吸收层与透明表面电极层之间PN结的界面面积，从而使光吸收层下部区域产生的激子也能到达PN结界面形成电流，从而有效提高载流子的利用率，两者协同大大增加了电池的光电转换效率；本专利技术在解决了薄膜电池表面纳米制绒导致透明电极导电性降低的问题的同时还通过提高载流子利用率解决了载流子扩散寿命短、从而扩散距离短导致光电转换效率低的问题。附图说明图1为本专利技术实施例1薄膜电池的结构示意图；图2为图1a-a剖视图；图3为图2b-b剖视图；图4为本专利技术实施例2薄膜电池的结构示意图；图5为图4c-c剖视图；图6为图5d-d剖视图；图7为本专利技术实施例3薄膜电池的结构示意图；图8为图7g-g剖视图；图9为图8h-h剖视图；图10为本专利技术实施例4薄膜电池的结构示意图；图11为图10e-e剖视图；图12为图11剖视图；图13为嵌入式栅线电极上对光照的遮光情况；图14为常规栅线与本专利技术栅线电极对斜射光照的遮光情况对比；图15为光在陷光结构中多次反射后进入光吸收层的原理图；图16为陷光结构有效增大透明表面电极层与光吸收层之间PN结界面面积的原理图；图17是本专利技术薄膜电池俯视图；图18为图17G-G剖视图；图19是掺钠银栅线的钠扩散原理图；图20是常规不锈钢基底柔性CIGS电池高曲率示意图；图21是本专利技术薄膜电池的低曲率示意本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有高光电转换效率的柔性CIGS薄膜电池，其特征在于：所述薄膜电池沿纵向依次包括CIGS光吸收层、缓冲层以及透明表面电极层；所述透明表面电极层依次包括高阻抗层和低阻抗层；所述CIGS光吸收层上表面刻蚀有多个凹齿结构，多个凹齿结构呈矩阵式排布；高阻抗层具有多个与凹齿结构相对应的凸起结构，凸起结构顶部开口且向下凸起，高阻抗层的凸起结构嵌入CIGS光吸收层上表面的凹齿结构中，低阻抗层的下表面形成有多个与凸起结构相对应的凸起块，凸起块嵌入顶部开口的凸起结构中，低阻抗层上表面呈连续平整结构。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有高光电转换效率的柔性CIGS薄膜电池，其特征在于：所述薄膜电池沿纵向依次包括CIGS光吸收层、缓冲层以及透明表面电极层；所述透明表面电极层依次包括高阻抗层和低阻抗层；所述CIGS光吸收层上表面刻蚀有多个凹齿结构，多个凹齿结构呈矩阵式排布；高阻抗层具有多个与凹齿结构相对应的凸起结构，凸起结构顶部开口且向下凸起，高阻抗层的凸起结构嵌入CIGS光吸收层上表面的凹齿结构中，低阻抗层的下表面形成有多个与凸起结构相对应的凸起块，凸起块嵌入顶部开口的凸起结构中，低阻抗层上表面呈连续平整结构。


2.一种具有高光电转换效率的柔性CIGS薄膜电池，其特征在于：所述薄膜电池沿纵向依次包括CIGS光吸收层、缓冲层以及透明表面电极层；所述透明表面电极层依次包括高阻抗层和低阻抗层；所述CIGS光吸收层上表面刻蚀有多个凹齿结构，多个凹齿结构呈矩阵式排布；高阻抗层具有多个与凹齿结构相对应的凸起结构，高阻抗层的凸起结构嵌入CIGS光吸收层上表面的凹齿结构中，且高阻抗层的凸起结构将凹齿结构填充满，低阻抗层沉积在高阻抗层上表面，低阻抗层上表面呈连续平整结构。


3.根据权利要求1或2所述的具有高光电转换效率的柔性CIGS薄膜电池，其特征在于：所述凸起结构与凹齿结构之间还夹有一层缓冲层。


4.根据权利要求1或2所述的具有高光电转换效率的柔性CIGS薄膜电池，其特征在于：所述凹齿结构的横截面为矩形或锥型。


5.根据权利要求1或2所述的具有高光电转换效率的柔性CIGS薄膜电池，其特征在于：所述CIGS光吸收层在丝印导电栅线的位置刻蚀有线槽结构，所述透明表面电极层在与线槽结构对应的位...

【专利技术属性】
技术研发人员：张准，邹勇，
申请(专利权)人：圣晖莱南京能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32