[发明专利]一种实现柔性衬底高效铜铟镓硒薄膜太阳电池的方法

说明书

一种实现柔性衬底高效铜铟镓硒薄膜太阳电池的方法，采用高温裂解硒蒸发源，提高硒原子在薄膜表面迁移速率和反应活性，从而提高薄膜的质量，实现在柔性衬底之上生长高结晶质量的铜铟镓硒薄膜材料，获得高效铜铟镓硒化合物薄膜太阳电池。本发明的有益之处在于有效解决了在柔性衬底之上低温生长高质量铜铟镓硒薄膜的问题，促进柔性衬底铜铟镓硒薄膜太阳电池的工业化应用。

技术领域

本发明属于薄膜太阳电池领域，尤其是一种低温生长铜铟镓硒薄膜太阳电池。

背景技术

航空、航天领域需要太阳电池有较高的重量比功率（W/Kg），即希望单位重量的太阳电池能发出更多的电量，在平流层飞艇、通讯卫星、无人飞机等方面需求迫切。而对地面光伏建筑物的曲面造型和移动式的光伏充电装置（军用：单兵作战）等要求太阳电池具有轻质柔性、可折叠性和不怕摔碰，对柔性衬底太阳电池需求很大。所谓柔性电池是以金属箔或高分子聚合物等材料作为衬底的太阳电池。一般说来，所有薄膜太阳电池都可以做成柔性的。

与其他类型柔性薄膜太阳电池相比，柔性铜铟镓硒【Cu(In_xGa_1-x)Se₂ 简称CIGS】薄膜电池具有以下优异性能：1）高的重量比功率(W/Kg)，在空间应用太阳电池领域，具有最高的重量比功率和最低的成本；2）耐高能电子和质子辐照的能力强，参考文献，A. Jasenek,U. Rau. Defect generation in Cu(In,Ga)Se₂ heterojunction solar cells by high-energy electron and proton irradiation. J. APPL PHYS, 90 (2001) 650- 658；3）稳定性好，长期使用，性能不衰减，参考文献：R. R. Gay, Prerequisites to manufacturingthin-film photovoltaics, Progress in Photovolatics: Research andApplications, 5 (1997): 337-343；4）适合大规模生产的卷－卷（roll-to-roll）工艺；5）适合单片集成。

与传统玻璃衬底相比，聚合物及不锈钢柔性衬底更轻，更适合制备高重量比功率和便于携带的柔性电池组件。但与传统的玻璃衬底相比，柔性衬底存在耐受温度低的问题，因此低温生长工艺成为制备高效率柔性衬底CIGS 薄膜电池的关键技术之一。

这是由于在低温生长过程中，CIGS 薄膜的组成原子不能从低温衬底中吸收足够的能量，降低了蒸发原子在薄膜表面迁移速率和成核的几率，导致晶粒尺寸小，缺陷多，形成大量的结构缺陷和电学复合中心并最终影响太阳电池的性能。因此，在低温沉积过程中，采用有效的沉积技术，提高 CIGS 低温成膜质量及最终器件性能的研究是非常必要的。其中Se元素的含量对CIGS薄膜性能至关重要，从结构特性上讲，缺Se的CIGS薄膜结晶质量差，晶粒细碎。从电学特性上讲，缺Se的CIGS薄膜存在着Se空位缺陷V_Se，V_Se在p型的CIGS薄膜中形成浅施主缺陷，严重影响CIGS薄膜的光电性能。在低温生长CIGS薄膜过程中，由于衬底温度低，Se的活性不足，扩散不充分，极易产生Se空位，因此提高Se的活性是低温沉积高质量CIGS薄膜的关键。目前国际上主要存在以下两类制备技术，用以提高薄膜沉积过程中的Se活性，进而提高CIGS薄膜材料中的Se含量：

1. 等离子体辅助硒化技术