[发明专利]一种铜铟镓硒太阳能电池用硫化铟缓冲层薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铜铟镓硒(CIGS)太阳能电池用In2S3缓冲层薄膜的制备方法。 

背景技术

铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池具有成本低、光电转化率高、性能稳定等优异的性能，使其成为最有发展前景的光伏电池之一。1974年，美国Bell实验室的Wagner等人首先研制出了光电转化率为5%的单晶体CIS太阳能电池。1982年波音(Boeing)公司的Chen等人采用蒸发Cd_1-xZn_xS代替CdS做缓冲层，与CIS多晶体薄膜形成异质结，提高了器件的开路电压，使CIS多晶体太阳能电池转化率达到10.6%。1985年，Potter等人研究出了以CIS为吸收层，CdS为缓冲层，ZnO为窗口层结构的新型的电池，很好的改善了电池性能。随着CIGS太阳能电池的逐渐发展，2008年美国国家可再生能源实验室(NREL)制备了效率为19.9%的CIGS薄膜太阳能电池。2010年4月，德国太阳能和氢能研究机构(ZSW)创造了20.1%的效率记录，同时也标志着CIGS太阳能电池效率首次突破20%。同年8月ZSW又报道了CIGS薄膜太阳能电池光电转化效率达20.3%，这是迄今为止最好的转化效率，与多晶体硅太阳能电池的效率差距缩小到了0.1%。 

CIGS薄膜太阳能电池的典型结构为：衬底/Mo/CIGS/缓冲层/ZnO/ZAO/MgF₂。其中缓冲层在低带隙CIGS吸收层与高带隙ZnO窗口层之间形成过渡，减少两者之间的带隙台阶与晶格失配，对改善 CIGS薄膜太阳能电池pn结质量有重要的作用。目前采用CdS为缓冲层的CIGS薄膜太阳能电池效率已达到20.3%。然而，由于Cd对环境的污染等不利因素限制了电池的大面积使用，因此研究开发高效的无Cd缓冲层材料替代CdS是缓冲层发展的主要方向。近年来，研究者在开发替代CdS的无Cd缓冲层材料上取得了一些成果，主要的替代缓冲层材料有In₂S₃、ZnS、Zn_1-xMg_xO、ZnSe、ZnO、In(OH)₃、In₂Se₃等。通过查新检索到如下制备无Cd缓冲层有关的专利： 

申请号为CN200310107262.X的专利涉及了无Cd的CIGS薄膜太阳能电池缓冲层薄膜的制备方法，在CIGS光学吸收层薄膜的表面上镀覆金属锌薄膜，然后将镀覆有金属锌薄膜的电池基板表面用光辐照加热，其衬底背面用接触式热源或光辐照加热，固态硒源或/和硫源用接触式热源和光辐照协同方式加热，硒源或/和硫源的温度控制在160℃-280℃，硒或硫蒸气与锌薄膜之间用光辐射来催化其合成反应，锌薄膜的硒化或/和硫化处理温度控制在180℃-420℃，用时2-10min将锌转化成n型ZnSe或ZnS半导体薄膜材料，从而制成无Cd的CIGS薄膜太阳能电池用的缓冲层材料。 

申请号为CN200510103413.3的专利涉及了一种无Cd的太阳能电池缓冲层的制备方法，此方法为先提供锌金属醇盐。然后，于锌金属醇盐中加入第一醇类溶液，形成一混合溶液。然后，在混合溶液中加入水，以进行水合反应，形成锌金属氧化物溶液。随后将锌金属氧化物溶液涂覆于基材上，进行硫化处理步骤或硒化处理步骤，以形成ZnS或ZnSe薄膜。该发明是以溶胶-凝胶(sol-gel)法形成无Cd的太阳能电池缓冲层，制备方法简易，且能够节省成本。然而，该方法制备 的薄膜可能掺入其它元素，薄膜质量有待提高。 

申请号为CN201210050285的专利涉及了一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池缓冲层材料的制备方法，该方法采用硫酸锌溶液作为Zn²⁺源，以硫脲溶液作为S^2-源，以氨水作为缓冲剂，以柠檬酸钠作为络合剂，配制化学浴反应的前驱物，在铜铟镓硒薄膜和普通玻璃衬底上制备粒径分布均匀、致密且附着力较好的Zn(O,S)半导体薄膜，作为铜铟镓硒薄膜太阳能电池的缓冲层；用Zn(O,S)替代CdS作为铜铟镓硒薄薄膜太阳能电池的缓冲层，不仅使铜铟镓硒薄薄膜太阳能电池的生产更环保、更经济，而且由于Zn(O,S)的带隙宽度比CdS的带隙宽度大，能使更多的入射光子通过缓冲层到达吸收层，提高电池的短路电流，有利于提高电池的光电转换效率。