[发明专利]薄膜太阳能电池及其制备方法

说明书

本申请涉及一种薄膜太阳能电池及其制备方法。该薄膜太阳能电池包括：金属衬底和背电极，所述金属衬底和背电极之间设置有阻挡层，其中，所述阻挡层的材质为掺杂有稀土元素化合物的陶瓷材料，所述陶瓷材料选自金属氧化物和金属氮化物中的至少一种，所述稀土元素化合物选自稀土元素氧化物和稀土元素氮化物中的至少一种。本申请采用金属氧化物和/或金属氮化物掺杂稀土元素氧化物作为制备阻挡层的材料，能够通过具有阻挡性能的材料及钉扎晶界的活性元素效应，阻碍金属衬底中的Fe、Cu等元素向Mo电极和CIGS吸收层的扩散，同时由于稀土元素氧化物的增韧效应使该阻挡层体系更加稳定，从而在较薄的阻挡层厚度下获得更为优异的阻挡性能。

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，特别涉及一种薄膜太阳能电池及其制备方法。

背景技术

铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池中，杂质对于吸收层光电性能的影响较大，因此要求对吸收层的铜铟镓硒四种元素比例精确控制。诸如不锈钢等金属衬底中的Fe、Cu等元素在吸收层的高温制备条件下会通过钼(Mo)电极向CIGS吸收层扩散，在CIGS中形成深能级缺陷，影响CIGS的结晶质量，从而影响电池的光电性能。因此，选择在金属衬底和Mo电极之间制备合适的阻挡层体系，对于提升CIGS性能具有非常重要的实用价值。

有文献公开了柔性CIGS阻挡层采用三层结构，靠近基底层由钛、铬、氮化钛、或氮化钽制成，中间层由氮化钛、氮化钽、氮化钨或氮化锆的任一种制成，靠近电极层的由钛、铬或氮化钛制成，通过筛选扩散阻挡层的结构及各结构的组成成分，获得的扩散阻挡层能有效阻挡不锈钢箔的杂质元素进入吸收层，提高电池性能。但是该三层结构相对复杂，生产成本过高。

有文献公开了柔性CIGS阻挡层采用的是1-2μm的铬(Cr)扩散阻挡层，通过Cr单层对金属衬底上的Fe、Cu等元素扩散的抑制，提高柔性CIGS电池的转化效率。该技术的缺陷是，单层Cr过薄对Fe、Cu等元素扩散的阻挡作用有限，过厚则在生产中耗费较大的时间和材料成本。

有文献公开了柔性CIGS绝缘阻挡层采用的是一层或多层氮化物或氧化物的叠层结构，在不锈钢衬底上先沉积化合物薄膜，然后再沉积金属薄膜，即形成不锈钢衬底/一种或多种化合物薄膜/金属薄膜/Mo背电极层的结构形式，以期通过叠层结构的阻挡性能和绝缘性能，采用激光刻划技术实现内联的电池组件结构。该技术的缺陷在于，纯氮氧化物叠层材料的脆性和断裂能释放机制容易导致膜层的开裂与脱膜，从而降低对Fe、Cu等杂质元素扩散的阻挡作用。

还有文献公开了扩散阻挡层为钨钛合金层，通过阻挡衬底中有害元素的扩散，提升柔性电池的光电性能。但是该技术所采用的钨和钛的阻挡效果相比传统的Cr、Ti和陶瓷材料效果有限。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种包含阻挡层的薄膜太阳能电池及其制备方法，该阻挡层可以提高金属衬底柔性CIGS薄膜太阳能电池阻挡性能。

本申请一个实施例提供的具体技术方案如下：

一种薄膜太阳能电池，包括：

金属衬底和背电极，所述金属衬底和背电极之间设置有阻挡层，其中，所述阻挡层的材质为掺杂有稀土元素化合物的陶瓷材料，所述陶瓷材料选自金属氧化物和金属氮化物中的至少一种，所述稀土元素化合物选自稀土元素氧化物和稀土元素氮化物中的至少一种。

本申请另一个实施例提供的具体技术方案如下：

一种薄膜太阳能电池的制备方法，包括：

在金属衬底上形成阻挡层，所述阻挡层的材质为掺杂有稀土元素化合物的陶瓷材料，所述陶瓷材料选自金属氮化物和金属氧化物中的至少一种，所述稀土元素化合物选自稀土元素氧化物和稀土元素氮化物中的至少一种；

在所述阻挡层上形成背电极。