[发明专利]一种CIGS基薄膜太阳电池及其制备方法

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)薄膜电池的碱过滤层及其制备方法。

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。传统在使用薄膜技术制造太阳能电池时，也存在一些问题：如传统的非晶硅薄膜太阳电池效率低，其在使用过程容易造成衰减；而高性能CIGS薄膜组件的产品良率偏低，并且从高效率薄膜电池到获得同样效率的大尺寸组件的过程受复杂生产设备的限制而难以短时间实现等。

在CIGS薄膜电池中，钠钙玻璃基板中的钠金属离子通过热扩散进入p型光吸收层，这可以促进晶粒生长和影响载流子浓度。换句话说，如果进入p型光吸收层的钠离子太多或分布不均匀，将容易发生p型光吸收层从背电极层剥落和光吸收层结晶不理想等问题。因此制造一CIGS基薄膜太阳能电池的过程中，对于均匀控制最佳的钠离子量进入p型光吸收层是相当重要的，它可以改善电池的光电转换效率。

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：若基板为钠钙玻璃时，在硒化热处理过程，基板中的钠离子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。

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：在硒化和/或硫化过程中，玻璃基板中的钠离子会不受控的热扩散进入光吸收层，造成光吸收层的结晶不理想，从而导致电池的转化效率较低。

本发明为解决现有技术中存在的问题采用如下技术方案：一种CIGS基薄膜太阳电池的制备方法，该制备方法包括如下步骤：在玻璃基板上形成一含有Li、K中至少一种元素的碱过滤层、在碱过滤层上形成一金属背电极层、在金属背电极层上形成CIGS基光吸收层、在光吸收层上形成一缓冲层、在缓冲层上形成一n型透明导电膜层，其特征在于：所述的碱过滤层厚度为1–15nm，且允许玻璃基板中的一部分碱金属离子通过热扩散进入到CIGS光吸收层中，此外，所述的光吸收层中的碱金属离子可以是从玻璃基板中的碱金属离子扩散进入光吸收层，也可以是从玻璃基板中的碱金属离子和含有碱金属离子的铜铟镓金属预制层中的碱金属离子一同扩散进入光吸收层；所述CIGS基光吸收层可由铜铟镓金属预制层或含有碱金属离子的铜铟镓金属预制层进行硒化和/或硫化热处理后获得；所述碱金属离子是Na、K、Li中的至少一种，优选是Na。

所述碱过滤层的厚度为1–15nm，优选厚度为2-13nm，更优选厚度为3-10nm，最优选厚度为4-8nm。

所述碱过滤层优选包括由Li、K中的至少一种元素和Si、Al、O三种元素组成；在Si和Al两种元素中，Si所占的质量百分比为X，其中1.59wt％≤X<100wt％。所述碱过滤层可由溅射镀膜获得。

所述碱过滤层含有0.005-5wt％的Li、K中的至少一种元素，优选含有0.01-4wt％的Li、K中的至少一种元素，更优选含有0.05-3wt％的Li、K中的至少一种元素，最优选含有0.08-2wt％的Li、K中的至少一种元素。

在优选实施例中，碱过滤层为LiOa-AlOb-SiOc碱过滤层(a≤0.5，b≤1.5，c≤2)，或是KOa-AlOb-SiOc碱过滤层(a≤0.5，b≤1.5，c≤2)，或是LiOa-KOb-AlOc-SiOd碱过滤层(a≤0.5，b≤0.5，c≤1.5，d≤2)。