[发明专利]富铜铜基薄膜太阳电池器件及其制备方法

说明书

本发明提供了一种富铜铜基薄膜太阳电池器件及其制备方法，其中，该制备方法包括：在衬底上形成富铜铜基薄膜太阳能电池器件的光吸收层；在光吸收层上形成类有序缺陷化合物层；在类有序缺陷化合物层上形成缓冲层；在缓冲层上形成窗口层；在窗口层上形成顶电极，并露出部分窗口层，得到富铜铜基薄膜太阳电池器件；其中，类有序缺陷化合物层为在光吸收层上通过共蒸发碱金属、铟、硒元素制备而成。

技术领域

本发明涉及太阳电池领域，尤其涉及一种富铜铜基薄膜太阳电池器件及其制备方法。

背景技术

常规的CIGS太阳电池为Cu/(In+Ga)1(贫Cu)的电池，而非常规的CIGS太阳电池为Cu/(In+Ga)≥1(富Cu)的电池，目前，效率大于20％的高效CIGS太阳能电池为常规贫Cu的电池。

但由于富Cu的CIGS电池有着优越的内部特性，如高的净掺杂浓度，低的缺陷密度，低的库仑电势波动，高的载流子迁移率。对于富Cu的光吸收层而言，其内部的准费米能级分裂要高于贫Cu的光吸收层。因此，贫与贫Cu的CIGS太阳电池相比，富Cu的CIGS太阳电池有着更高的开路电压V_OC，有着能够实现更高效电池的潜力。

可是，富Cu的CIGS光吸收层在沉积缓冲层后，光吸收层内的准费米能级分裂下降，器件的开路电压V_OC低于贫Cu的CIGS电池，器件的效率也降低。限制富Cu的CIGS电池器件效率提升的因素主要为缓冲层和光吸收层之间严重的界面复合。富Cu的CIGS电池界面复合的增加与两个因素有关。第一个因素为，光吸收层的表面缺少ODC(有序缺陷化合物)层。第二个因素为，由于富Cu的光吸收层的内部掺杂浓度过高，会导致光吸收层的表面呈现更加陡峭的能带弯曲。这可能会引起光吸收层和缓冲层之间发生隧穿效应，从而引起隧穿辅助界面复合。

发明内容

有鉴于此，为了能够有效减少富铜的铜基薄膜太阳电池器件的界面复合严重的问题，提高富铜的铜基薄膜太阳电池器件开路电压和器件效率，本发明提供了一种富铜铜基薄膜太阳电池器件及其制备方法，以此至少解决上述技术问题。

为了实现目的，本发明提供了一种富铜铜基薄膜太阳电池器件及其制备方法，其中，该制备方法包括：在衬底上形成富铜铜基薄膜太阳能电池器件的光吸收层；在光吸收层上形成类有序缺陷化合物层；在类有序缺陷化合物层上形成缓冲层；在缓冲层上形成窗口层；在窗口层上形成顶电极，并露出部分窗口层，得到富铜铜基薄膜太阳电池器件；其中，类有序缺陷化合物层为在光吸收层上通过共蒸发碱金属、铟、硒元素制备而成。

根据本发明的实施例，其中，在衬底上形成富铜铜基薄膜太阳能电池器件的光吸收层包括：在衬底上制备钼金属电极；在钼金属电极上制备富铜铜基薄膜太阳能电池器件的光吸收层。

根据本发明的实施例，其中，光吸收层包括M1、M2、X及其组合的化合物，其中，M1为铜，M2包括铟、镓、铝、锌、锗、锡或其组合，X包括硒、硫或其组合；富铜表征M1的元素原子量与M2中至少两个元素组合的原子量总和之比大于或等于1。

根据本发明的实施例，其中，富铜表征M1的元素原子量与M2中至少两个元素组合的原子量总和之比为1.04～1.06。

根据本发明的实施例，其中，制备类有序缺陷化合物层时，碱金属的沉积量通过调节碱金属氟化物源的温度进行调节，碱金属氟化物源的温度为360～420℃；类有序缺陷化合物层的厚度为20～30μm。

根据本发明的实施例，其中，缓冲层的制备方法包括：化学水浴法、原子层沉积法、蒸发法；缓冲层的材料包括以下至少之一：CdS、ZnS、(Cd,Zn)S、Zn(O,S)、In₂S₃。

根据本发明的实施例，其中，在缓冲层上形成窗口层包括：利用磁控溅射法在缓冲层上形成本征氧化锌层；在本征氧化锌层上形成掺杂氧化锌层。