双层导电膜结构的铜铟镓硒薄膜太阳电池及制备方法

摘要

本发明公开了一种双层导电膜结构的铜铟镓硒薄膜太阳电池及制备方法，包括：步骤1、在衬底上制作背电极；具体为：通过直流磁控溅射沉积系统在衬底材料上沉积Mo作为背电极，Mo为双层结构；步骤2、在背电极上利用共蒸发铜、铟、镓、硒四种元素的方法制备厚度2微米以上的铜铟镓硒薄膜；步骤3、在铜铟镓硒薄膜上，采用化学水浴沉积的方法制备缓冲层，缓冲层为50nm的硫化镉薄膜；步骤4、在缓冲层上采用射频磁控溅射的方法制备50nm厚的本征氧化锌薄膜；步骤5、在本征氧化锌薄膜上，采用直流磁控溅射方法依次制备掺铝氧化锌薄膜和氧化铟锡薄膜；步骤6、在透明导电膜上，采用低温丝网印刷工艺，制备银上电极，制备温度不高于100℃。

权利要求

1.一种双层导电膜结构的铜铟镓硒薄膜太阳电池制备方法，其特征在于：至少包括如下步骤：步骤101、在衬底上制作背电极；具体为：

通过直流磁控溅射沉积系统在衬底材料上沉积厚度为500-700nm的Mo作为背电极，其中：Mo为双层结构，接近衬底的为高阻Mo层，所述高阻Mo层的厚度范围是100-150nm，在所述高阻Mo层上再沉积厚度范围是400-550nm的低阻Mo层；

步骤102、在上述背电极上利用共蒸发铜、铟、镓、硒四种元素的方法制备厚度2微米以上的铜铟镓硒薄膜；

步骤103、在上述铜铟镓硒薄膜上，采用化学水浴沉积的方法制备缓冲层，所述缓冲层为50nm厚的硫化镉薄膜；

步骤104、在上述缓冲层上采用射频磁控溅射的方法制备50nm厚的本征氧化锌薄膜；

步骤105、在上述本征氧化锌薄膜上，采用直流磁控溅射方法依次制备厚度范围是

120nm的掺铝氧化锌薄膜和厚度范围是260-320nm的氧化铟锡薄膜；

步骤106、在透明导电膜上，采用低温丝网印刷工艺，制备银上电极，制备温度不高于

100℃，从而完成电池制备；

所述衬底为聚酰亚胺衬底、钛箔衬底、钙钠玻璃中的一种。

2.根据权利要求1所述双层导电膜结构的铜铟镓硒薄膜太阳电池制备方法，其特征在于：所述背电极的厚度为500nm；其中：高阻Mo层的厚度为100nm；低阻Mo层的厚度为400nm。

3.根据权利要求1所述双层导电膜结构的铜铟镓硒薄膜太阳电池制备方法，其特征在于：所述背电极的厚度为700nm；其中：高阻Mo层的厚度为150nm；低阻Mo层的厚度为550nm。

4.根据权利要求1-3任一项所述双层导电膜结构的铜铟镓硒薄膜太阳电池制备方法，其特征在于：所述步骤106中的制备温度为99℃。

5.根据权利要求4所述双层导电膜结构的铜铟镓硒薄膜太阳电池制备方法，其特征在于：所述步骤105的掺铝氧化锌薄膜中，铝元素摩尔百分含量为2％。

6.根据权利要求4所述双层导电膜结构的铜铟镓硒薄膜太阳电池制备方法，其特征在于：所述步骤105的氧化铟锡薄膜中，铟和锡的摩尔百分比为9：1。

7.一种根据利要求1-6任一项所述双层导电膜结构的铜铟镓硒薄膜太阳电池制备方法制备的太阳电池。

说明书

双层导电膜结构的铜铟镓硒薄膜太阳电池及制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及铜铟镓硒薄膜太阳电池制备技术领域，特别是涉及一种双层导电膜结构的铜铟镓硒薄膜太阳电池及制备方法。特别需要指出的是，本专利结构试图将两种具有各自优点的透明导电膜材料结合在一起，使电池拥有双重优点，实现在室温下的制备，其中两种膜各自的厚度值是本专利的重点。

背景技术

[0002] 21世纪人类面临的最大课题是不仅有能源问题，还有环境问题，利用太阳能来解决全球性的能源和环境问题越来越受到人们的重视，各种太阳电池应运而生。在能源日益短缺与过度使用矿石燃料而造成全球暖化的危机中，太阳能光伏发电已成为各国优先考虑发展的洁净能源。铜铟镓硒(CIGS)化合物太阳电池因转换效率高、弱光发电性能好、稳定性好、无衰减等优点而成为最有希望的光伏器件之一。

[0003] 铜铟镓硒薄膜太阳电池的基本结构由下至上依次为：衬底材料、背电极、铜铟镓硒吸收层、缓冲层、高阻氧化锌薄膜、透明导电膜(也称窗口层)、上电极。有关铜铟镓硒薄膜太阳电池的具体结构，已经有数十项相关专利。以申请号为201310755636.2和201310241287.2的专利材料为例，所采用的透明导电膜为掺铝氧化锌(ZAO)薄膜，该薄膜材料具有制备温度低、透光性及导电性好等诸多优点，但掺铝氧化锌薄膜耐湿热性能及抗紫外辐照性能差，在空气中放置一段时间后，电池光电转换效率衰减明显。以申请号为
201510810201.2和200810204035.1的专利申请材料为例，透明导电膜采用另一种被广泛应用的氧化铟锡(ITO)薄膜，该薄膜同样具有良好的透光性及导电性，且耐湿热及抗紫外辐照性能好，采用氧化铟锡薄膜作为透明导电膜所制备的铜铟镓硒薄膜太阳电池在空气中长时间放置，电池光电转换效率无明显衰减。但具有良好的透光性及导电性氧化铟锡薄膜需在
200℃温度下制备，室温制备的氧化铟锡薄膜结晶质量差，从而导致薄膜导电性差，影响太阳电池性能。而制备氧化铟锡薄膜所需的200℃制备温度会对所制备好的铜铟镓硒薄膜太阳电池缓冲层造成损伤。

发明内容

[0004] 本发明要解决的技术问题是：提供一种双层导电膜结构的铜铟镓硒薄膜太阳电池及制备方法。该双层导电膜结构的铜铟镓硒薄膜太阳电池制备方法的目的是在不损伤薄膜太阳电池缓冲层材料的基础上，制备具有良好耐湿热及抗紫外性能的透明导电膜系，从而实现铜铟镓硒薄膜太阳电池的良好制备。

[0005] 本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：

[0006] 一种双层导电膜结构的铜铟镓硒薄膜太阳电池制备方法，至少包括如下步骤：

[0007] 步骤101、在衬底上制作背电极；具体为：

[0008] 通过直流磁控溅射沉积系统在衬底材料上沉积厚度为500-700nm的Mo作为背电极，其中：Mo为双层结构，接近衬底的为高阻Mo层，所述高阻Mo层的厚度范围是100-150nm，在所述高阻Mo层上再沉积厚度范围是400-550nm的低阻Mo层；

[0009] 步骤102、在上述背电极上利用共蒸发铜、铟、镓、硒四种元素的方法制备厚度2微米以上的铜铟镓硒薄膜；

[0010] 步骤103、在上述铜铟镓硒薄膜上，采用化学水浴沉积的方法制备缓冲层，所述缓冲层为50nm厚的硫化镉薄膜；

[0011] 步骤104、在上述缓冲层上采用射频磁控溅射的方法制备50nm厚的本征氧化锌薄膜；

[0012] 步骤105、在上述本征氧化锌薄膜上，采用直流磁控溅射方法依次制备厚度范围是120nm的掺铝氧化锌薄膜和厚度范围是260-320nm的氧化铟锡薄膜；

[0013] 步骤106、在透明导电膜上，采用低温丝网印刷工艺，制备银上电极，制备温度不高于100℃，从而完成电池制备。

[0014] 作为优选，本发明还采用了如下的附加技术特征：

[0015] 进一步：所述衬底为聚酰亚胺衬底、钛箔衬底、钙钠玻璃中的一种。

[0016] 更进一步：所述背电极的厚度为500nm；其中：高阻Mo层的厚度为100nm；低阻Mo层的厚度为400nm。

[0017] 更进一步：所述背电极的厚度为700nm；其中：高阻Mo层的厚度为150nm；低阻Mo层的厚度为550nm。

[0018] 更进一步：所述步骤106中的制备温度为99℃。

[0019] 更进一步：所述步骤105的掺铝氧化锌薄膜中，铝元素摩尔百分含量为2％。

[0020] 更进一步：所述步骤105的氧化铟锡薄膜中，铟和锡的摩尔百分比为9：1。

[0021] 一种采用上述双层导电膜结构的铜铟镓硒薄膜太阳电池制备方法制备的太阳电池。

[0022] 本发明具有的优点和积极效果是：

[0023] 本发明通过在衬底材料上依次制备双层Mo背电极、铜铟镓硒薄膜、缓冲层薄膜、高阻氧化锌薄膜基础上，采用磁控溅射的方法制备120nm厚掺铝氧化锌薄膜，其中铝元素摩尔百分含量为2％，然后再采用磁控溅射的方法制备260-320nm厚的氧化铟锡薄膜，其中铟和锡的摩尔百分比为9：1，在此双层透明导电膜上继续采用低温丝网印刷方法制备银电极，完成铜铟镓硒薄膜太阳电池制备。

[0024] 采用该方法制备的双层透明导电膜在具有与单一导电膜相当的导电性及透光性基础上，同时具有良好的耐湿热及抗紫外辐照性能，可以实现铜铟镓硒太阳电池在室温条件下的良好制备。附图说明：

[0025] 图1为本发明优选实施例制备出的双层导电膜结构的铜铟镓硒薄膜太阳电池的结构示意图。

具体实施方式

[0026] 为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

[0027] 请参阅图1，一种双层导电膜结构的铜铟镓硒薄膜太阳电池制备方法，包括：

[0028] 步骤1.在衬底上制作背电极

[0029] 通过直流磁控溅射沉积系统在衬底材料上沉积厚度为500-700nm的Mo作为背电极，Mo为双层结构，接近衬底的为高阻Mo层，厚度在100-150nm，在高阻Mo层上再沉积400-550nm的低阻Mo层，作为电池的背电极；

[0030] 步骤2.在背电极上利用共蒸发铜、铟、镓、硒四种元素的方法制备厚度2微米以上的铜铟镓硒薄膜；

[0031] 步骤3.在铜铟镓硒薄膜上，采用化学水浴沉积的方法制备缓冲层，为50nm厚的硫化镉薄膜；

[0032] 步骤4.在缓冲层上采用射频磁控溅射的方法制备50nm厚的本征氧化锌(i-ZnO)薄膜；

[0033] 步骤5.在本征氧化锌薄膜上，采用直流磁控溅射方法依次制备120nm厚的掺铝氧化锌薄膜和260-320nm厚的氧化铟锡薄膜；

[0034] 步骤6.在透明导电膜上，采用低温丝网印刷工艺，制备银上电极，制备温度不高于100℃，从而完成电池制备。

[0035] 实施例1：

[0036] 步骤1.在聚酰亚胺衬底上制作背电极

[0037] 通过直流磁控溅射沉积系统在聚酰亚胺衬底上沉积厚度为500-700nm的Mo作为背电极，Mo为双层结构，接近衬底的为高阻Mo层，厚度在100-150nm，在高阻Mo层上再沉积400-550nm的低阻Mo层，作为电池的背电极；

[0038] 步骤2.在背电极上利用共蒸发铜、铟、镓、硒四种元素的方法制备厚度2微米以上的铜铟镓硒薄膜；

[0039] 步骤3.在铜铟镓硒薄膜上，采用化学水浴沉积的方法制备缓冲层，为50nm厚的硫化镉薄膜；

[0040] 步骤4.在缓冲层上采用射频磁控溅射的方法制备50nm厚的本征氧化锌(i-ZnO)薄膜；

[0041] 步骤5.在本征氧化锌薄膜上，采用直流磁控溅射方法依次制备120nm厚的掺铝氧化锌薄膜和260-320nm厚的氧化铟锡薄膜；

[0042] 步骤6.在透明导电膜上，采用低温丝网印刷工艺，制备银上电极，制备温度不高于100℃，从而完成电池制备。

[0043] 实施例2：

[0044] 步骤1.在钛箔衬底(100微米)上制作背电极

[0045] 通过直流磁控溅射沉积系统在钛箔上沉积厚度为500-700nm的Mo作为背电极，Mo为双层结构，接近衬底的为高阻Mo层，厚度在100-150nm，在高阻Mo层上再沉积400-550nm的低阻Mo层，作为电池的背电极；

[0046] 步骤2.在背电极上利用共蒸发铜、铟、镓、硒四种元素的方法制备厚度2微米以上的铜铟镓硒薄膜；

[0047] 步骤3.在铜铟镓硒薄膜上，采用化学水浴沉积的方法制备缓冲层，为50nm厚的硫化镉薄膜；

[0048] 步骤4.在缓冲层上采用射频磁控溅射的方法制备50nm厚的本征氧化锌(i-ZnO)薄膜；

[0049] 步骤5.在本征氧化锌薄膜上，采用直流磁控溅射方法依次制备120nm厚的掺铝氧化锌薄膜和260-320nm厚的氧化铟锡薄膜；

[0050] 步骤6.在透明导电膜上，采用低温丝网印刷工艺，制备银上电极，制备温度不高于100℃，从而完成电池制备。

[0051] 实施例3：

[0052] 步骤1.在钙钠玻璃上制作背电极

[0053] 通过直流磁控溅射沉积系统在钙钠玻璃上沉积厚度为500-700nm的Mo作为背电极，Mo为双层结构，接近衬底的为高阻Mo层，厚度在100-150nm，在高阻Mo层上再沉积400-550nm的低阻Mo层，作为电池的背电极；

[0054] 步骤2.在背电极上利用共蒸发铜、铟、镓、硒四种元素的方法制备厚度2微米以上的铜铟镓硒薄膜；

[0055] 步骤3.在铜铟镓硒薄膜上，采用化学水浴沉积的方法制备缓冲层，为50nm厚的硫化镉薄膜；

[0056] 步骤4.在缓冲层上采用射频磁控溅射的方法制备50nm厚的本征氧化锌(i-ZnO)薄膜；

[0057] 步骤5.在本征氧化锌薄膜上，采用直流磁控溅射方法依次制备120nm厚的掺铝氧化锌薄膜和260-320nm厚的氧化铟锡薄膜；

[0058] 步骤6.在透明导电膜上，采用低温丝网印刷工艺，制备银上电极，制备温度不高于100℃，从而完成电池制备。

[0059] 一种采用上述三个实施例中公开的双层导电膜结构的铜铟镓硒薄膜太阳电池制备方法制备的太阳电池。

[0060] 以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。