[发明专利]硅薄膜/铜铟镓硒双结薄膜电池工艺

说明书

技术领域

本发明是涉及多晶硅电池、硅薄膜电池和铜铟镓硒(Cu(In，Ga)Se₂简称CIGS)薄膜太阳电池，通过多种技术工艺制备出硅薄膜/铜铟镓硒双结薄膜电池，其光电转换效率高于多晶硅太阳电池、硅薄膜太阳电池和铜铟镓硒薄膜太阳电池。涉及器件物理、薄膜技术和新型太阳能电池，属于新材料技术以及新能源技术领域。

背景技术

在全球气候变暖、人类生态环境恶化、常规能源资源短缺并造成环境污染的形势下，太阳能光伏发电技术普遍得到各国政府的重视和支持。在技术进步的推动和逐步完善的法规政策的强力驱动下，光伏产业进入快速发展时期。

薄膜太阳电池相较于晶体硅必须维持一定厚度而言，只需使用一层极薄光电材料，材料使用非常少；生产工序能够实现连续化，相对于晶体硅技术的间歇操作，效率大大提高且易于规模化；能够生产大尺寸电池，有助规模化生产。薄膜技术的优点能帮助大幅度降低生产成本，因而被认为有可能将太阳电池推向大众市场。特别是在多晶硅供应紧张，价格高的背景下，各国都加强了薄膜太阳电池的研究，以期能在下一代太阳电池技术的竞赛中抢得先机。

本专利是结合硅薄膜和铜铟镓硒薄膜太阳电池的特点，制备高性能的新型硅薄膜/铜铟镓硒双结薄膜太阳电池，从而提高薄膜太阳电池光电转换效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有高性能的硅薄膜/铜铟镓硒双结薄膜电池，电池分为上电池和下电池，上电池为铜铟镓硒薄膜电池，下电池为硅薄膜电池，结合了铜铟镓硒薄膜太阳电池和硅基太阳电池的优点，取长补短，提高电池的光电转换效率。

本发明的技术方案是这样的：一、在导电玻璃上使用沉积技术沉积p-Si和n-Si薄膜，得到硅薄膜下电池。二、在硅薄膜下电池上，继续沉积n⁺-ZnO薄膜，然后使用共蒸发或溅射后硒化技术沉积p⁺-CuGaSe₂和p-Cu(In，Ga)Se₂薄膜，磁控溅射或化学气相沉积技术沉积i-ZnO、ZnO:Al，最后再蒸镀镍铝电极，得到硅薄膜/铜铟镓硒双结薄膜电池。三，通过上述方法，可以提高太阳电池的光电转化效率，电池具有较高的稳定性，低廉的制造成本等特点。

所述制备的硅薄膜/铜铟镓硒双结薄膜电池的方法，通过如下步骤实现：

一、硅薄膜下电池的制备。首先在沉积了ITO薄膜、FTO薄膜、ZnO:Al薄膜、金属钼薄膜的导电玻璃上，使用沉积技术沉积p-Si和n-Si薄膜，得到硅薄膜下电池。

二、加热硅薄膜下电池，沉积n⁺-ZnO薄膜于硅薄膜下电池表面。

三、铜镓硒和铜铟镓硒薄膜的生长采用多元共蒸发或溅射后硒化技术，先后分别沉积CuGaSe₂、p-Cu(In，Ga)Se₂薄膜。

四、在p-Cu(In，Ga)Se₂薄膜上沉积i-ZnO薄膜，得到高阻缓冲层。

五、磁控溅射ZnO:Al薄膜。

六、蒸镀镍铝电极，得到硅薄膜/铜铟镓硒双结薄膜电池。

具体实施方式

实例1

硅薄膜/铜铟镓硒双结薄膜电池分为上电池和下电池，上电池为铜铟镓硒薄膜电池，下电池为硅薄膜电池。

一、硅薄膜下电池的制备。首先在导电玻璃上，使用磁控溅射沉积p-Si和n-Si薄膜，其中磁控溅射采用p型和n型硅靶材，得到硅薄膜下电池。具体实现步骤：在导电玻璃上，采用p型硅靶材，通入Ar气使工作气压为6Pa，两极电压为V_d＝240V，溅射时间为10min，得到p-Si薄膜；采用n型硅靶材，通入Ar气使工作气压为6Pa，两极电压为V_d＝240V，溅射时间为5min，得到n-Si薄膜，即得到了硅薄膜下电池。

二、在硅薄膜下电池上，使用等离子体增强化学气相沉积技术沉积n⁺-ZnO薄膜，其中Zn源为二乙基锌或二甲基锌，氧源为H₂和CO₂混合气体。具体实现：待反应室抽真空至1×10^-3Pa时，开始加热硅薄膜下电池，升高到沉积温度320℃，打开载气和反应源，通入氩气调节反应腔的真空度，使工作气压为10Pa，Zn源∶氧源＝1∶0.6-1∶0.9，与此同时打开等离子体，两极电压为V_d＝260V，沉积5min，保温5min。