[发明专利]一步法吸收层前掺钠柔性太阳电池的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于太阳电池制作技术领域，特别是涉及一种一步法吸收层前掺钠柔性太阳电池的制备方法。 

背景技术

铜铟镓硒材料（CIGS）属于I-III-VI族四元化合物半导体，具有黄铜矿的晶体结构。铜铟镓硒薄膜太能电池自20世纪70年代出现以来，得到非常迅速的发展，并将逐步实现产业化。此电池有以下特点：①铜铟镓硒的禁带宽度可以在1.04ev-1.67ev范围内调整。②铜铟镓硒是一种直接带隙半导体，对可见光的吸收系数高达105cm-1。铜铟镓硒吸收层厚度只需1.5～2.5μm，整个电池的厚度为3～4μm。③抗辐照能力强，比较适合作为空间电源。④转换效率高。2010年德国太阳能和氢能研究中心（ZSW）研制的小面积铜铟镓硒薄膜太阳电池转换效率已高达20.3%。⑤弱光特性好。因此铜铟镓硒多晶薄膜太阳电池有望成为下一代太阳电池的主流产品之一。 

随着科学技术的发展，越来越多的领域需要太阳电池即有较高的质量比功率，又能够在恶劣环境中正常使用，这就促进了柔性太阳电池技术的发展。为实现既具有较高的质量比功率，又具有柔性、可折叠性和不怕摔碰的铜铟镓硒薄膜太阳电池，聚酰亚胺（PI）为衬底的铜铟镓硒薄膜太阳电池脱颖而出。然而由于聚酰亚胺的热膨胀系数无法与铜铟镓硒材料本身具有很好的匹配，并且在温度较高时，作为衬底的聚酰亚胺会产生较大的形变，导致铜铟镓硒薄膜较为疏松，容易脱落，而温度较低时，生长出的铜铟镓硒薄膜结晶质量较差，晶粒细小，缺陷较多，增加了载流子的复合，缩短了少子的寿命，进而影响了电池性能。 

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种高温时衬底不变形，生长出的铜铟镓硒薄膜不脱落，并且铜铟镓硒薄膜结晶质量好，晶粒大，缺陷少，电学特性好的一步法吸收层前掺钠柔性太阳电池的制备方法。 

本发明包括如下技术方案： 

一步法吸收层前掺钠柔性太阳电池的制备方法，其特点是：包括以下制备步骤： 

步骤1.制备聚酰亚胺膜-苏打玻璃构成的刚性复合衬底； 

步骤2.在刚性复合衬底的聚酰亚胺膜上制备前掺钠柔性太阳电池；制备过程包括：在步骤1的聚酰亚胺膜上依次制备Mo背接触层、氟化钠预置层、铜铟镓硒吸收层、硫化镉缓冲层、透明窗口层和上电极；所述氟化钠预置层的制备过程包括：制有背接触层的刚性复合衬底置于薄膜制备系统的硒化炉中，将硒化炉抽真空，衬底温度为200-300℃，NaF蒸发源的温度达到800-850℃时，蒸发1-2min；衬底温度达到400-450℃，在Se气氛下进行退火，其中Se蒸发源的温度为240-280℃，退火时间为20-30min；背接触层上形成氟化钠预置层；所述铜铟镓硒吸收层的制作过程包括：制有氟化钠预置层的刚性复合衬底置于薄膜制备系统的硒化炉中；将硒化炉抽真空，刚性复合衬底温度为550-580℃时，共蒸发Cu、In、Ga、Se，其中Cu蒸发源温度为1120-1160℃，In蒸发源温度为850-900℃，Ga蒸发源温度为880-920℃，Se蒸发源温度为240-280℃，蒸发时间为25-30min；关闭蒸发源，刚性复合衬底冷却到25℃时，氟化钠预置层上形成1.5-2μm厚的p-CIGS薄膜，即为铜铟镓硒吸收层。 

步骤3.将聚酰亚胺膜与苏打玻璃分离，完成刚性衬底制备一步法吸收层前掺钠柔性太阳电池的过程。 

本发明还可以采用如下技术措施： 

所述步骤1中刚性复合衬底的制备过程包括：(1)对苏打玻璃进行表面清洗；(2)将聚酰亚胺胶均匀涂覆于苏打玻璃表面，形成聚酰亚胺预制膜；(3)将涂有聚酰亚胺预制膜的苏打玻璃放入烘箱内进行固化，即得到聚酰亚胺膜-苏打玻璃构成的刚性复合衬底。 

所述步骤3中聚酰亚胺膜与苏打玻璃分离过程包括：(1)将制有一步法吸收层前掺钠柔性太阳电池的刚性复合衬底放入真空烘箱，加热至80-90℃，持续2-3min；(2)将刚性复合衬底取出蘸入零下100℃的液氮后，自然回复至室温，聚酰亚胺膜自动从苏打玻璃上脱落，完成刚性衬底制备一步法吸收层前 掺钠柔性太阳电池的过程。 

本发明具有的优点和积极效果：