[发明专利]非真空预定量涂布法制备CIGS太阳能电池光吸收层的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种太阳能电池器件，尤其涉及一种非真空预定量涂布法制备CIGS太阳能电池光吸收层的方法。

背景技术

太阳能具有取之不尽、用之不竭和无污染的资源优势，太阳能光伏发电是太阳能利用的重要技术。近几年来，传统能源的日渐短缺及全球对环境问题的日益重视，使得以光伏产业为代表的可再生能源迎来了发展高峰期。世界太阳能电池市场在2000年以后急速增长，近几年更是以年30％～40％的增长率飞速发展，按照保守估计，太阳能电池市场将从08年的5.625GW上升至2015年79.53GW，在2030年产量将达到380GW，届时光伏发电将成为满足全球能源需求的安全保障之一。目前，商品化的晶硅太阳电池占据光伏市场的大部分，但是，2005年以后光伏晶硅供应开始极度紧张，使得国内外企业纷纷加紧了对薄膜电池大规模生产工艺和生产设备的研制开发，为薄膜太阳能电池提供了快速发展的时机。薄膜太阳能电池具有用料少、工艺简单、能耗低等成本优势，还具有容易与建筑完美结合的特点，而且，比晶硅电池成本下降空间要大得多，转换效率也可以逼近晶体硅。据NanoMarkets预计，到2015年薄膜太阳能电池的发电量将达到26GW，销售额将超过200亿美元，发电成本大约会是8美分/千瓦时。到2030年，发电量将达到133GW，在PV产品的市场占有率也将迅速增长，估计会从由2010年的20％上升到2030年的35％。薄膜太阳能电池成为光伏发电的重要潜在市场，在未来几年内将以50％左右的年平均增长率增长，在快速增长的整体太阳能电池产业中独占鳌头。薄膜太阳能电池材料主要有元素半导体硅基材料如非晶硅(α-Si)、II-VI族材料包括硫化镉(CdS)、碲化镉(CdTe)和铜铟镓硒(CIGS)以及III-V族材料砷化镓(GaAs)等。非晶硅太阳能电池转换效率较高、成本较低，是目前薄膜太阳能电池的主流产品，但由于1.7eV的光学带隙对太阳辐射光谱的长波区域不敏感，限制了该种电池的转换效率，并且由于光致衰退(S-W)效应，使得电池性能不稳定，因此限制了其应用。硫化镉、碲化镉多晶薄膜电池的效率介于非晶硅薄膜电池和单晶硅电池之间，成本较低，易于大规模生产，但由于剧毒镉会造成严重环境污染，因此，不是理想的电池材料。砷化镓材料光学带隙与太阳光谱匹配，吸收效率高，抗辐照能力强，电池的转换效率可达28％，开发出的高效聚光太阳电池成功用于军事和空间技术，但是，GaAs材料的价格昂贵，不利于工业和民用的大规模普及。

铜铟硒薄膜电池被国际上称为“下一时代非常有前途的新型薄膜太阳能电池”，具有以下优点：是直接带隙半导体材料，带隙随Ga含量变化在1.0～1.6eV之间可调，具有理想的光谱吸收特征，而且吸收系数高(α＞10⁴～10⁵cm^-1)，不存在光致衰退现象，稳定性寿命长达20年，抗辐照性能、弱光性能好，污染小、成本低等优点。其光电转换效率居各种薄膜太阳能电池之首(20.3％)，与多晶硅太阳能电池接近，成本却是晶体硅太阳电池的1/3，优势显然。此外，该电池具有柔和、均匀的颜色外观，在现代化高层建筑等领域有很大市场，更加适合与建筑一体化的应用，是对外观有较高要求场所的理想选择。尽管存在铟和硒都是稀有元素，对电池发展造成一定影响，但随着科学和工艺进步，这些问题有望解决。铜铟镓硒薄膜太阳能电池被认为是最具发展前景新型薄膜光伏电池。预计到2015年，CIGS将占薄膜太阳能市场的43.3％，占总的太阳能市场的13.2％，是未来的投资亮点，前景诱人。CIGS电池无论是在地面阳光发电还是在空间微小卫星动力电源的应用上具有广阔的前景。

CIGS薄膜太阳能电池是多层膜结构组件，其典型的结构为：Glass或柔性衬底/Mo电极层/ClGS衬底层/CdS或ZnS/ZnO缓冲层/AZO透明导电层，通常的制备顺序是在玻璃衬底磁控溅射沉积Mo电极层，真空或非真空方法制备吸收层CIGS，化学浴沉积法(CBD)制备ZnS缓冲层，磁控溅射制备ZnO/ZAO层。