柔性铜铟镓硒太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种柔性铜铟镓硒太阳能电池及其制备方法，所述电池包括柔性金属衬底以及在柔性金属衬底上依次设置的绝缘阻挡层、金属背电极层、铜铟镓硒吸收层、缓冲层、窗口层和金属顶电极层；其中，所述绝缘阻挡层中掺杂有氧化钠。本发明专利技术的技术方案，在柔性金属衬底上先沉积掺杂有氧化钠的绝缘阻挡层，然后再依次制备背电极层和CIGS吸收层，Na元素以氧化钠的形式存在于绝缘阻挡层中，可以有效地在CIGS吸收层中掺入Na又避免Na元素过量掺入，提高电池的光电转换效果；另外，该绝缘阻挡层还可以阻止柔性金属衬底中的金属元素扩散至CIGS吸收层，避免金属元素的扩散导致对CIGS吸收层产生的不良影响。的不良影响。的不良影响。

【技术实现步骤摘要】
柔性铜铟镓硒太阳能电池及其制备方法


[0001]本专利技术属于太阳能电池
，具体涉及一种柔性铜铟镓硒太阳能电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池是转换率较高的薄膜光伏技术，在玻璃衬底上实验室级的转换效率已经突破23.4％。基于柔性基底的CIGS薄膜太阳能电池的小面积电池效率也已高达20.8％，轻质的组件不仅拓宽了太阳能电池的应用范围，同时由于其便于使用卷对卷工艺，从而使其发电成本降低。
[0003]高转换率的CIGS薄膜太阳能电池要求CIGS吸收层中掺入0.1％左右的Na元素。对于刚性的钠钙玻璃衬底，在CIGS吸收层的生长温度下，Na从钠钙玻璃衬底扩散出来，通过Mo背电极层进入正在生长的CIGS层。Na对CIGS吸收层电子和结构方面的影响如下：1)改进CIGS膜的生长，2)掺入CIGS晶格，形成NaInSe2，3)使晶粒边界的施主型缺陷InCn钝化成NaCn，4)由于Na的扩散伴随着O的扩散，扩散形成中性的OSe，从而使净受主缺陷增多，P型导电性增强，光生载流子复合减少，光生电流增强。
[0004]柔性太阳能电池的衬底优选是柔性金属衬底或柔性聚合物衬底，与刚性的钠钙玻璃衬底不同，这些柔性衬底都不含有Na元素。为了优化这些无Na柔性衬底上的太阳电池的性能，需要考虑如何在CIGS吸收层中掺入Na，现有的解决方法主要是：1)、在柔性衬底上先沉积Na金属预置层，然后再依次制备背电极层和CIGS吸收层；2)、在柔性衬底上制备背电极层后先沉积Na金属预置层，然后再制备CIGS吸收层；3)、在柔性衬底上制备背电极层后，在使用共蒸法制备CIGS吸收层的过程中沉积Na金属预置层。Na金属是较为活泼的金属，以上三种方法都极易使得Na元素过量掺入，而由于Na能够阻止Cu、In、Ga的扩散，Na元素过量时反而使得CIGS吸收层形成为晶粒较小且取向度较差的膜层，同时会导致占据Cu晶格位的Na原子增多，P型导电性减弱，晶粒边界处光生载流子复合增强，光生载流子减小，致使电池的光电转换率不高。
[0005]因此，如何在CIGS吸收层中掺入Na又要避免Na元素过量掺入，是需要解决的问题。

技术实现思路

[0006]鉴于现有技术存在的不足，本专利技术提供一种柔性铜铟镓硒太阳能电池及其制备方法，以解决如何在CIGS吸收层中掺入Na又要避免Na元素过量掺入，是需要解决的问题。
[0007]为实现上述专利技术目的，本专利技术采用了如下的技术方案：
[0008]一种柔性铜铟镓硒太阳能电池，所述柔性铜铟镓硒太阳能电池包括柔性金属衬底以及在所述柔性金属衬底上依次设置的绝缘阻挡层、金属背电极层、铜铟镓硒吸收层、缓冲层、窗口层和金属顶电极层；其中，所述绝缘阻挡层中掺杂有氧化钠。
[0009]优选地，所述绝缘阻挡层中的氧化钠的质量百分含量为12％～18％。
[0010]优选地，所述绝缘阻挡层的材料为Al2O3、SiO2、Si3N4或SiO
x
N
y
，其中x>0，y>0。
[0011]优选地，所述柔性金属衬底的厚度为20μm～100μm，所述绝缘阻挡层的厚度为0.2μm～3μm，所述金属背电极层的厚度为300nm～1500nm，所述铜铟镓硒吸收层的厚度为1μm～2μm，所述缓冲层的厚度为20nm～100nm，所述窗口层的厚度为50nm～100nm，所述金属顶电极层的厚度为6μm～10μm。
[0012]优选地，所述柔性金属衬底为不锈钢衬底，所述金属背电极层为钼电极层，所述缓冲层为硫化镉缓冲层，所述窗口层包括依次设置的本征氧化锌层和掺铝氧化锌层。
[0013]优选地，所述钼电极层包括依次设置的第一钼薄膜层和第二钼薄膜层；其中，所述第二钼薄膜层的厚度大于所述第一钼薄膜层的厚度，所述第二钼薄膜层的密度大于所述第一钼薄膜层的密度。
[0014]优选地，所述窗口层和所述金属顶电极层之间还设置有减反层，所述减反层的厚度为70nm～120nm。
[0015]本专利技术还提供了一种如上所述的柔性铜铟镓硒太阳能电池的制备方法，其包括：
[0016]S10、提供柔性金属衬底，应用磁控溅射工艺在所述柔性金属衬底上制备形成掺杂有氧化钠的绝缘阻挡层；
[0017]S20、应用磁控溅射工艺在所述绝缘阻挡层上制备形成金属背电极层；
[0018]S30、应用共蒸发工艺在所述金属背电极层上制备形成铜铟镓硒光吸收层；
[0019]S40、应用化学水浴工艺在所述铜铟镓硒光吸收层上制备形成缓冲层；
[0020]S50、应用磁控溅射工艺在所述缓冲层上制备形成窗口层；
[0021]S60、应用磁控溅射工艺在所述窗口层上制备形成金属顶电极层，获得所述柔性铜铟镓硒太阳能电池。
[0022]优选地，所述应用磁控溅射工艺在所述柔性金属衬底上制备形成掺杂有氧化钠的绝缘阻挡层的步骤包括：使用反应磁控溅射工艺，以钠钙玻璃为靶材，由此在所述柔性金属衬底上制备获得掺杂有氧化钠的SiO2绝缘阻挡层。
[0023]优选地，所述应用磁控溅射工艺在所述柔性金属衬底上制备形成掺杂有氧化钠的绝缘阻挡层的步骤包括：使用双靶中频反应磁控溅射工艺，其中的靶材之一选择为通过溅射反应能够获得绝缘阻挡层主体材料的靶材，另一个靶材选择为通过溅射反应能够获得掺杂物氧化钠的靶材，由此在所述柔性金属衬底上制备获得掺杂有氧化钠的绝缘阻挡层。
[0024]本专利技术实施例提供的柔性铜铟镓硒太阳能电池及其制备方法，在柔性金属衬底上先沉积掺杂有氧化钠的绝缘阻挡层，然后再依次制备背电极层和CIGS吸收层，其取得的技术效果包括：
[0025](1)、Na元素以氧化钠的形式存在于绝缘阻挡层中，由此在后续制备CIGS吸收层时可以有效地掺入Na又避免Na元素过量掺入，能够改善CIGS吸收层性能，提高电池的光电转换效果；
[0026](2)、在柔性金属衬底上设置绝缘阻挡层，可以阻止柔性金属衬底中的金属元素扩散至CIGS吸收层，避免金属元素的扩散导致对CIGS吸收层产生的不良影响。
附图说明
[0027]图1是本专利技术实施例中的柔性铜铟镓硒太阳能电池的结构示意图；
[0028]图2是本专利技术实施例中的柔性铜铟镓硒太阳能电池的制备工艺流程图；
[0029]图3是本专利技术实施例中的柔性铜铟镓硒太阳能电池的伏安特性曲线；
[0030]图4是本专利技术对比例中的柔性铜铟镓硒太阳能电池的伏安特性曲线。
具体实施方式
[0031]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。这些优选实施方式的示例在附图中进行了例示。附图中所示和根据附图描述的本专利技术的实施方式仅仅是示例性的，并且本专利技术并不限于这些实施方式。
[0032]在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本专利技术，在附图中仅仅示出了与根据本专利技术的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性铜铟镓硒太阳能电池，其特征在于，包括柔性金属衬底以及在所述柔性金属衬底上依次设置的绝缘阻挡层、金属背电极层、铜铟镓硒吸收层、缓冲层、窗口层和金属顶电极层；其中，所述绝缘阻挡层中掺杂有氧化钠。2.根据权利要求1所述的柔性铜铟镓硒太阳能电池，其特征在于，所述绝缘阻挡层中的氧化钠的质量百分含量为12％～18％。3.根据权利要求2所述的柔性铜铟镓硒太阳能电池，其特征在于，所述绝缘阻挡层的材料为Al2O3、SiO2、Si3N4或SiO
x
N
y
，其中x>0，y>0。4.根据权利要求1
‑
3任一所述的柔性铜铟镓硒太阳能电池，其特征在于，所述柔性金属衬底的厚度为20μm～100μm，所述绝缘阻挡层的厚度为0.2μm～3μm，所述金属背电极层的厚度为300nm～1500nm，所述铜铟镓硒吸收层的厚度为1μm～2μm，所述缓冲层的厚度为20nm～100nm，所述窗口层的厚度为50nm～100nm，所述金属顶电极层的厚度为6μm～10μm。5.根据权利要求4所述的柔性铜铟镓硒太阳能电池，其特征在于，所述柔性金属衬底为不锈钢衬底，所述金属背电极层为钼电极层，所述缓冲层为硫化镉缓冲层，所述窗口层包括依次设置的本征氧化锌层和掺铝氧化锌层。6.根据权利要求5所述的柔性铜铟镓硒太阳能电池，其特征在于，所述钼电极层包括依次设置的第一钼薄膜层和第二钼薄膜层；其中，所述第二钼薄膜层的厚度大于所述第一钼薄膜层的厚度，所述第二钼薄膜层的密度大于所述第一钼...

【专利技术属性】
技术研发人员：祁同庆，李伟民，赵晨晨，王伟，张琛，刘亚男，冯叶，李文杰，马明，宁德，杨春雷，
申请(专利权)人：深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：