[发明专利]一种具有高光电转换效率的柔性CIGS薄膜电池

说明书

本发明公开了一种具有高光电转换效率的柔性CIGS薄膜电池，所述薄膜电池沿纵向依次包括CIGS光吸收层、缓冲层以及透明表面电极层；透明表面电极层依次包括高阻抗层和低阻抗层；CIGS光吸收层上表面刻蚀有多个凹齿结构，多个凹齿结构呈矩阵式排布；高阻抗层具有多个与凹齿结构相对应的凸起结构，凸起结构顶部开口且向下凸起，高阻抗层的凸起结构嵌入CIGS光吸收层上表面的凹齿结构中，低阻抗层的下表面形成有多个与凸起结构相对应的凸起块，凸起块嵌入顶部开口的凸起结构中，低阻抗层上表面呈连续平整结构。

技术领域

本发明涉及一种具有高光电转换效率的柔性CIGS薄膜电池。

背景技术

光伏行业发展至今，产生了各式各样的电池，包括单晶、多晶电池，非晶薄 膜、CIGS薄膜、砷化镓薄膜、碲化镉薄膜电池以及有机化合物电池等，利用的 都是一个基本原理：电池内部半导体原子吸收光的能量由基态变为激发态，形成 具有电子-空穴对复合体结构的激子，其能在晶体中移动并传递能量(激子扩散 或迁移)，到达电池PN结界面后，在内建电场作用下，带负电的电子移动到节 面一边的N型区域，带正电的空穴则移动到节面另一边的p型区域，就有了电 荷的定向移动，产生光伏电流。起到电荷传输功能的电子、空穴则称之为载流子。 而光伏电池的光电转换效率与激子数量和激子寿命紧密相关，激子数量受半导体 材料自身光谱特性、光照强度和光线吸收率等影响，激子寿命受半导体自身材料 特性、晶体缺陷及杂质等影响。当选定一种半导体材料后，在标准光照强度下， 往往通过增加光线吸收率来提高激子数量，增加光电转换效率，例如表面制绒、 减反射镀膜、纳米槽或纳米柱等馅光结构，虽然纳米柱制绒能够显著提高电池陷 光效果，但是其表层纳米绒面部分却不利于横向电荷的输运，而且越是精细，制 绒深度越深，电荷传输越困难，造成透明表面电极实际有效用的膜层更薄，电阻 增大，反而降低效率；另外，激子迁移过程中，易被光吸收层的缺陷及杂质捕获， 或电子、空穴再复合，导致激子迁移过程中寿命很短，造成电池内部载流子减少， 电池光电转换效率降低。通过外源离子掺杂及其他物理手段消除光吸收层缺陷可 以在一定程度上提高激子寿命。但是通过外源离子掺杂的方法，除了有额外引入 杂质离子影响效率的风险外，还有就是即使成功在不引入杂质的条件下掺杂单质 金属(比如CIGS薄膜电池金属钠掺杂)在一定时间内有积极影响，但是随着光 伏组件在外界环境下的长期工作，钠的扩散流失会明显增加，积极效应逐渐退去， 激子寿命又再次大幅度下降。

激子扩散的短寿命使得其平均扩散距离很短，往往是靠近PN结界面的激子 能产生光生电流，电池深部区域即使吸收了光照产生许多载流子，由于激子扩散 中途湮灭，大部分都没能到达PN结界面形成电流，造成载流子利用率低。无机 硅材料类电池激子迁移的平均距离最佳，达到几微米级，CIGS薄膜电池、砷化 镓电池、碲化镉薄膜电池次之，最差的是有机薄膜类电池，最长距离不足200nm， 最差的仅有10nm，这也就是目前各类电池转换效率差别较大的一个深层次原因。

发明内容

发明目的：本发明针对现有技术中为提高光线吸收率通过表面纳米制绒馅光 会导致导电性降低的问题，以及针对提高激子扩散寿命通过掺杂光吸收层方法存 在的有效时间短的问题，提供一种具有高光电转换效率的柔性CIGS薄膜电池。

技术方案：本发明所述的具有高光电转换效率的柔性CIGS薄膜电池，所述 薄膜电池沿纵向依次包括CIGS光吸收层、缓冲层以及透明表面电极层；所述透 明表面电极层依次包括高阻抗层和低阻抗层；所述CIGS光吸收层上表面刻蚀有 多个凹齿结构，多个凹齿结构呈矩阵式排布；高阻抗层具有多个与凹齿结构相对 应的凸起结构，凸起结构顶部开口且向下凸起，高阻抗层的凸起结构嵌入CIGS 光吸收层上表面的凹齿结构中，低阻抗层的下表面形成有多个与凸起结构相对应 的凸起块，凸起块嵌入顶部开口的凸起结构中，低阻抗层上表面呈连续平整结构。