[发明专利]一种薄膜太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种太阳能电池及其制备方法。具体地说涉及一种具有纳米孔状电极结构的薄膜太阳能电池及其制备方法。

背景技术

随着人类工业文明的迅速发展，石化燃料成为稀缺资源，且随时间的推移将消耗殆尽，同时其在燃烧过程中会产生大量毒害气体及固体悬浮颗粒，对环境造成严重破坏；因此开发具有环保价值的新能源成为刻不容缓的事情。太阳能作为一种取之不尽，用之不竭的能量来源，且具有不受地域限制，可实现光伏系统模块化的特点，成为了最受青睐的研究对象。光伏发电已成为人类未来能源的希望，科学家们致力于开发不同材料的太阳能电池，最受关注的是包含非晶/微晶硅、碲化镉(CdTe)或铜铟镓硒化合物(CIGS)的薄膜太阳能电池，因为薄膜太阳能电池的光吸收层由厚度为数百纳米至数微米的薄膜构成，与常规太阳能电池相比，这种太阳能电池可显著地减少材料用量，能够显著降低成本。薄膜太阳能电池的另一个优点在于，与常规晶体硅太阳能电池不同，薄膜太阳能电池可在各种基板上形成。薄膜太阳能电池中，CIGS因其半导体层由铜、铟、镓等金属和硒非金属元素组成的直接带隙化合物半导体材料构成，有着与多硅晶太阳能电池接近的光电转换效率，具有低成本和高稳定性的优势，容易低成本大规模商业化生产，是最有希望降低光伏发电成本的高效薄膜太阳电池。

薄膜太阳能电池通常由衬底层、光吸收层、覆盖层和采集电极构成，其中覆盖层包括缓冲层、高阻透明导电窗口层和低阻透明导电窗口层。缓冲层为n型半导体层，与光吸收层形成PN结。长久以来，光电转换效率较低是薄膜太阳能电池发展的主要瓶颈，尤其随着光吸收层厚度减小，薄膜太阳能电池的光吸收就越弱，从而导致光伏器件转换效率的降低，另外，高阻透明导电窗口层与低阻透明导电窗口层的厚度影响薄膜太阳能电池的内阻，进而影响太阳能电池的输出功率；为增强薄膜太阳能电池的光吸收，提高光电转换效率，在光伏器件表面或是背面制作陷光结构成为了一个主要的研究方向，让光在光吸收层中多反射几次，即可在较小的膜厚条件下达到全部吸收的效果。

中国专利文献CN103107217A公布了一种薄膜太阳能电池及其制作方法，该薄膜太阳能电池由衬底层、光吸收层和覆盖层构成，覆盖层上表面或衬底层下表面随机分布多个纳米孔或纳米柱；其制作方法有三种：第一种制作方法包括多孔氧化铝膜制作、多孔氧化铝膜加载、一次刻蚀、二次刻蚀、去除掩膜步骤；该发明第二种制作方法包括多孔氧化铝膜制作、防粘处理、纳米压印、刻蚀步骤；该发明第三种制作方法包括镀铝、硅基多孔氧化铝膜制作、硅刻蚀、去除掩膜、防粘处理、纳米压印、薄膜太阳能电池片刻蚀步骤。该发明所述的陷光结构可一定程度提高薄膜太阳能电池的光吸收效率，但制作方法包括多个氧化、腐蚀步骤，工艺复杂，难于操作，不适于规模化生产。而且纳米孔或纳米柱随机分布使得光生载流子在纳米孔上传导出现分布不均匀，吸光效果存在不确定性及不均匀性，不能有效降低薄膜太阳能的内阻值与提高光线透过率。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于现有技术中陷光结构的制作工艺复杂，太阳能电池内阻值无法有效降低且光线透过率不足，导致薄膜太阳能电池光吸收性差，光电转换效率低，从而提出一种薄膜太阳能电池及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一方面本发明提供了一种薄膜太阳能电池，包括衬底层，以及沿远离衬底层的方向依次设置在衬底层上的背电极层、光吸收层、缓冲层、高阻透明导电窗口层、低阻透明导电窗口层和采集电极，所述低阻透明导电窗口层包括阵列型纳米孔，所述阵列型纳米孔的深度小于或等于所述低阻透明导电窗口层的厚度。

所述阵列型纳米孔的开孔面积占所述低阻透明导电窗口层面积的50％～80％，单个所述纳米孔横截面的截面积为1×10⁴～4×10⁶nm²。

所述阵列型纳米孔为圆形孔、方形孔或六角形孔中的一种。

所述衬底层为不锈钢或铝导电材料层。

所述背电极层为钼材料层、钛材料层、铬材料层、铜材料层中的一种。

所述光吸收层为铜铟镓硒化物材料层、铜铟镓硫化物材料层中的一种。

所述缓冲层为硫化锌材料层、硫化镉材料层、硫化铟材料层中的一种。

所述高阻透明导电窗口层为氧化锌材料层、氧化铟材料层、氧化锡材料层中的一种。

所述低阻透明导电窗口层为氧化锌、氧化铟、氧化锡以及上述化合物与铝、硒、镓、铟、镉、锑等元素的掺杂形成的一种或几种材料的堆叠结构。