[发明专利]一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池及其制备方法无效
申请号: | 201110426453.7 | 申请日: | 2011-12-19 |
公开(公告)号: | CN102496645A | 公开(公告)日: | 2012-06-13 |
发明(设计)人: | 余洲;晏传鹏;张勇;李珂;刘斌;赵勇 | 申请(专利权)人: | 西南交通大学;成都欣源光伏科技有限公司 |
主分类号: | H01L31/068 | 分类号: | H01L31/068;H01L31/032;H01L31/18 |
代理公司: | 成都博通专利事务所 51208 | 代理人: | 陈树明 |
地址: | 610031 四*** | 国省代码: | 四川;51 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 铜铟镓硒 薄膜 太阳能电池 及其 制备 方法 | ||
技术领域
本发明涉及一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池及制备方法。
背景技术
铜铟镓硒(CuIn0.7Ga0.3Se2,简称CIGS)薄膜太阳能电池的光电转换效率高,实验室水平已达到20%,接近于晶体硅太阳能电池的转换效率。CIGS薄膜太阳能电池厚度薄,原材料消耗少,能量偿还周期短,可和建筑物一体化建设,在化石能源日渐枯竭的今天是当今产业界投资开发的热点。
要实现CIGS太阳能电池的良好光电转换性能,必须要有高质量的n型材料层和p型CIGS光吸收层形成p-n结以分离光生载流子。现今CIGS太阳能电池的n-型层材料主要有CdS,CdZnS,ZnS,In2S3,ZnO等。在CIGS电池发展的早期使用CdS作为n型层,但由于其CdS禁带宽度偏窄(Eg=2.4eV),对太阳光光子吸收作用强,使得制备的太阳能电池的性能较差。现在使用ZnO(Eg=3.3eV)作为n型层,它具有更大的禁带宽度,对太阳光光子的吸收少,制备的太阳能电池的性能得到提高。
但n型的ZnO层和p型的CIGS层间通常需要使用化学水浴法沉积50~100nm厚的CdS作为缓冲层,否则大部分光生载流子在会在ZnO-CIGS结界面复合,使电池的转换效率大幅降低,无法应用。由于重金属Cd有剧毒,严重污染环境和伤害操作人员健康,ZnS,ZnSe、In2S3,Zn1-xMgxO等多种n-型材料已被开发用以替代CdS。所有这些缓冲层薄膜,如采用真空法沉积会增加电池的漏电流,降低转换效率;从而必须采用化学法沉积,但CIGS光吸收层又是采用真空共蒸发法和金属膜后硒化法制备;使得在电池制备过程中需要转换沉积方法、变换沉积设备,操作麻烦、工艺复杂,制作成本高。
同时,由于n-型材料层和p型CIGS光吸收层不同质,形成的异质p-n结也无法避免晶格失配,电子结构不匹配,会吸收光生载流子,导致太阳能电池的转换效率低。
发明内容
本发明的目的是提供一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池,该种太阳能电池的结构简单,制备容易、工艺稳定性和重复性好,成本低;且其光电转换效率高。
本发明实现其发明目的,所采用的技术方案是:一种铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池,依次由以下各层构成:
透明电极层、ZnO窗口层、n型CIGS光吸收层、CIGS自掺杂同质p-n结,p型CIGS光吸收层、金属背电极层和衬底;且:
所述的n型CIGS光吸收层为Cu1+x(In0.7-yGa0.3+y)Se2-z薄膜,0<x≤0.15,0≤y≤0.05,0<z≤0.15;
所述的p型CIGS光吸收层为Cu1-m(In0.7-nGa0.3+n)Se2+p薄膜,0<m≤0.15,0≤n≤0.05,0<p≤0.15;
所述的CIGS自掺杂同质p-n结为:在获得p型CIGS光吸收层后,衬底温度为400℃~600℃、射频磁控溅射Cu(In0.7Ga0.3)Se2靶材获得n型CIGS光吸收层时,p型CIGS光吸收层和n型CIGS光吸收层界面载流子复合形成的同质p-n结。
本发明的第二目的是提供一种制备上述的铜铟镓硒薄膜太阳能电池的方法。
本发明实现其第二发明目的,所采用的技术方案是:一种制备上述的铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池的方法,其步骤为:
(1)、金属背电极层的制备:在衬底表面直流磁控溅射金属Mo,即在衬底上沉积得到Mo背电极层;
(2)、p型CIGS光吸收层的制备:在Mo背电极层表面射频磁控溅射Cu(In0.7Ga0.3)Se2,获得Cu1-m(In0.7-nGa0.3+n)Se2+p薄膜(0<m≤0.15,0≤n≤0.05,0<p≤0.15),该薄膜即p型CIGS光吸收层;
(3)、n型CIGS光吸收层及CIGS自掺杂同质p-n结的制备:
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H01L 半导体器件;其他类目中不包括的电固体器件
H01L31-00 对红外辐射、光、较短波长的电磁辐射,或微粒辐射敏感的,并且专门适用于把这样的辐射能转换为电能的,或者专门适用于通过这样的辐射进行电能控制的半导体器件;专门适用于制造或处理这些半导体器件或其部件的方法或
H01L31-02 .零部件
H01L31-0248 .以其半导体本体为特征的
H01L31-04 .用作转换器件的
H01L31-08 .其中的辐射控制通过该器件的电流的,例如光敏电阻器
H01L31-12 .与如在一个共用衬底内或其上形成的,一个或多个电光源,如场致发光光源在结构上相连的,并与其电光源在电气上或光学上相耦合的