[发明专利]一种用于CIGS基薄膜光伏电池的过渡层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及薄膜太阳能电池技术领域，特别是一种具有黄铜矿结构的铜铟镓硒（硫）薄膜电池的过渡层及其制备方法。

背景技术

随着全球气候变暖、生态环境恶化和常规能源的短缺，越来越多的国家开始大力发展太阳能利用技术。太阳能光伏发电是零排放的清洁能源，具有安全可靠、无噪音、无污染、资源取之不尽、建设周期短、使用寿命长等优势，因而备受关注。铜铟镓硒（CIGS）是一种直接带隙的P型半导体材料，其吸收系数高达10⁵/cm，2um厚的铜铟镓硒薄膜就可吸收90%以上的太阳光。CIGS薄膜的带隙从1.04eV到1.67eV范围内连续可调，可实现与太阳光谱的最佳匹配。铜铟镓硒薄膜太阳电池作为新一代的薄膜电池具有成本低、性能稳定、抗辐射能力强、弱光也能发电等优点，其转换效率在薄膜太阳能电池中是最高的，可接近20%的转化率，因此日本、德国、美国等国家都投入巨资进行研究和产业化。

太阳能在环境上是清洁的并且从某种角度上已经成功，但是，在使其进入普通百姓的家庭之前，仍有许多问题有待解决。例如，单晶硅太阳能电池能够将光能转化为电能，然而，单晶硅材料是比较昂贵的。在使用薄膜技术制造太阳能电池时，也存在一些问题，如薄膜的可靠性较差，并且在传统的环境应用中不能长时间使用，薄膜难以彼此有效的结合在一起等。

铜铟镓硒薄膜太阳能电池基本采用如下结构，先在一基板上沉积钼电极层，接着在其上沉积铜铟镓硒光吸收层，接着沉积硫化镉缓冲层，接着沉积透明导电氧化物窗口层，接着是沉积金属栅状电极和减反射层。传统的结构会存在如下问题：1）若基板为钠钙玻璃时，在CIGS制备过程中，由于温度较高，基板中的钠物质会不受控的扩散通过钼电极层进入光吸收层中，这会影响光吸收层的结晶状态，从而影响电池的转化效率；2）存在钼电极层与基板之间的粘接不牢固的问题，容易使膜层剥落。

为了解决钠不受控的扩散进入光吸收层，可在玻璃基板表面沉积一层阻挡层，一般该阻挡层选用氧化硅、氮化硅等，虽然该阻挡层可一定程度上阻挡钠的扩散，但其要起到良好的阻挡效果则需要较厚的阻挡层，而且该阻挡层不能解决钼电极层与玻璃基板之间的粘接不牢问题。中国专利CN200880109995.8公开了一种防止钠不受控的扩散进入光吸收层的方法，即在钠钙玻璃基板上先沉积一层氮化硅膜层来阻挡钠的扩散，该方法需要沉积至少50nm以上厚度的氮化硅膜层才对钠的扩散有一定的阻挡作用。而沉积较厚的氮化硅膜层时，氮化硅膜层会产生较大的应力，使其与基板和膜层之间的粘接性能恶化。该公开专利中未解决钼电极层与基板之间的粘接牢固性的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于解决现有技术中存在的问题：在CIGS制备过程中，由于温度较高，玻璃基板中的钠物质会不受控的扩散进入光吸收层，造成光吸收层的结晶状态不佳，从而导致电池的转化效率变低。

本发明的另一目的在于解决现有技术中存在的问题：金属钼电极层与玻璃基板之间的结合不够牢固的问题。

本发明为解决现有技术中存在的问题采用如下技术方案：所述的过渡层设于钠钙玻璃基板表面和钼层之间，过渡层由硅、锆和钛中的至少一种元素与钼组成的至少两种元素的氧化物、氮化物或氮氧化物组成。

所述的过渡层3a由一层或多层组成，其中多层的层数为2-10层，每层的厚度可以为1-50nm。

所述的过渡层3a厚度为3-150nm，优选厚度为3-60nm，更优选厚度为5-30nm，最优选厚度为6-20nm。

所述的过渡层3a中靠近钠钙玻璃基板一侧的p1含有10%～100%的硅、锆和钛中的两种或两种以上元素的氧化物、氮化物或氮氧化物，优选含有50%～100%的硅、锆和钛中的两种或两种以上元素的氧化物、氮化物或氮氧化物，更优选含有70%～100%的硅、锆和钛中的两种或两种以上元素的氧化物、氮化物或氮氧化物，最优选含有80%～100%的硅、锆和钛中的两种或两种以上元素的氧化物、氮化物或氮氧化物。

所述的过渡层3a中远离钠钙玻璃基板一侧的p2含有20%～100%的钼的氧化物、氮化物或氮氧化物，优选含有50%～100%的钼的氧化物、氮化物或氮氧化物，更有选含有70%～100%的钼的氧化物、氮化物或氮氧化物，最优选含有80%～100%的钼的氧化物、氮化物或氮氧化物。

所述的过渡层3a可采用溅射沉积、真空蒸镀沉积、溶胶-凝胶法涂覆沉积，优选采用磁控溅射沉积，沉积过渡层3a时需通入氩气和氧气，也可通入氮气。