[发明专利]非真空法制备梯度带隙CIGS太阳能电池光吸收层的生产工艺

说明书

技术领域

本发明涉及光伏技术领域，尤其涉及一种非真空法制备梯度带隙CIGS太阳能电池光吸收层的生产工艺。

背景技术

为了缓解人类能源危机，太阳能等可再生资源的开发必将成为能源主流。按照制作材料，硅基膜电池衰减率高，碲化镉膜电池为有毒元素，许多国家禁止使用，染料敏化薄膜电池“固体染料”还存在宽禁带半导体严重光腐蚀，有机太阳能电池能量转换效率，稳定性差和强度低，CIGS在各种薄膜光伏技术中效率最高，成本却只有目前市场大多使用的晶体硅太阳电池的1/4，稳定性好、抗辐照性能好。

CIGS成膜电池工艺包括：多元共蒸发法、磁控溅射后硒化法、电沉积法、喷涂转化法等等，其中多元蒸发与磁控溅射属于真空沉积过程，电沉积与喷涂转化法属非真空沉积过程。当前，大面积低成本绿色环保简单可操控生产CIGS纳米粒子光吸收层薄膜是全世界各个生产企业和研发部门迫切需要解决的一个课题。而多元共蒸发法、磁控溅射后硒化法缺点是产率相当低、材料利用率不高，900℃以上的高温容易将薄膜甚至基片损坏，并且生产设备复杂，需要多次进出昂贵的真空室，制造成本高，蒸镀溅射实际组成与化学计量比相差大，结晶程度难控制，制备过程耗时较长，Se在成膜的过程中大量损失、H2Se化过程的毒性大，工艺可重复性低，不能代替理想的CIGS产品低成本、高性能、高产量、环境友好和节约资源型潜力。

目前非真空印刷成膜工艺可以改进蒸镀法膜厚不均匀、化学计量元素配比及蒸镀时间难控制，溅射法膜中心点厚，四周薄效率稳定低，溅射成膜速率慢的难题。由此提出用一种Cu-In化合物作为原料，经球磨降低尺寸后印刷在基板上，可以精确各元素组分，控制好膜的厚度稳定，于Se蒸汽中热处理，可迅速形成黄铜矿结构吸收膜。但是该工艺制得的CIGS膜其一是平整度不佳，掺入的镓粒子溶液很难混合均匀，且含有杂质成份，影响电池转换率。其二是粒子沉积颗粒松散，出现裂缝和孔洞、造成影响PN结光生伏特效应，增加短路机率。

另外，目前在制备铜铟镓预制溶液中，多会使用无水联氨来去除C、O、C1等杂质，但是无水联氨(N₂H₄)是航天飞船常用的高能燃料，不仅价格昂贵，而且毒性极大，不利于工厂大面积生产铜铟镓硒薄膜电池。

有鉴于此，有必要提出一种改良的非真空法制备梯度带隙CIGS太阳能电池光吸收层的生产工艺。

发明内容

本发明的目的在于提供一种非真空法制备梯度带隙CIGS太阳能电池光吸收层的生产工艺。

为实现上述发明目的，本发明的一种非真空法制备梯度带隙CIGS太阳能电池光吸收层的生产工艺，其包括如下步骤：

S1.制备导带底层和价带顶层的前驱溶液，提供碱式碳酸铜Cu₂(OH)₂CO₃离子溶液和铟离子溶液，加入还原剂，形成Cu、In单质溶液和Cu+In多晶溶液，并将Cu、In单质溶液和Cu+In多晶溶液分别溶解于晶核生长调节剂中的一种溶液中，各自搅拌均匀形成M1、M2、M3混合溶液，再将M1、M2、M3混合溶解，并再次搅拌均匀形成F1溶液；

S2.制备中间带隙层的前驱溶液，形成无铟无镓的一条或多条中间带材料的前驱溶液M4，M4形成的溶液用F2表示；

S3.以Ga/Cu或者Ga/Al作为调节带隙的前驱溶液F3；以S/Se作为带隙调节层的亚层前驱溶液F4；以Ga/Cu和S/Se混合溶解液作为导带底层和价带顶层的亚层补充的前驱溶液F5；

S4.对基底进行清洗；

S5.将导带底层、中间带层和价带顶层的前驱溶液涂敷于基底上，并涂覆相应F1、F2、F3、F4、F5溶液，形成吸收层，再进行热处理；

S6.室温下将制得的吸收层基片用固态有机硒源蒸汽硒化、液态有机硒源水热与溶剂热合成处理。

作为本发明的进一步改进，所述晶核生长调节剂包括：Ga/Na₂Se、Ga/(C₂H₅)₂Se、Ga/(CH₃)₂Se、Ga/H、Ga/(C₄H₉)₂Se、Ga/C₆H₁₀Se、Ga/X、Ga/Se/S，其中，X为烯丙基甲基硒，H为叔丁基烯丙基硒。

作为本发明的进一步改进