[发明专利]宽禁带铜镓硒光吸收层及其制备方法、太阳能电池

说明书

本发明提供了一种宽禁带铜镓硒光吸收层及其制备方法，所述宽禁带铜镓硒光吸收层包括铜镓硒薄膜层和覆设于铜镓硒薄膜层上的铟镓薄膜层，铜镓硒薄膜层和铟镓薄膜层的界面经由退火工艺形成有In_Cu反位缺陷。其制备方法包括：将基底加热至第一温度，在基底上共蒸镓和硒；提高基底的温度至第二温度，在基底上共蒸铜和硒；保持基底的温度为第二温度，在基底上共蒸铟、镓和硒；保持基底的温度为第二温度，在硒气氛下对基底进行退火处理，制备获得宽禁带铜镓硒光吸收层。本发明还提供了包括所述宽禁带铜镓硒光吸收层的太阳能电池。本发明提供的宽禁带铜镓硒光吸收层在具备宽禁带的基础上又能获得更高效率太阳能电池，可以更好地适用于叠层太阳能电池。

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种宽禁带铜镓硒光吸收层及其制备方法，还涉及包含所述宽禁带铜镓硒光吸收层的太阳能电池。

背景技术

近年来，随着光伏技术的迅速发展，多种单结太阳能电池效率已经逐步趋进该体系效率的理论极限。通过技术进步继续提升单结电池的效率将变得异常艰难。叠层太阳能电池可以将匹配不同光谱波段的吸收层串联，以增加电池对太阳光光谱的吸收宽度。同时，叠层太阳能电池不同禁带宽度的吸收层吸收不同能量的光子，可以降低高能光子超出禁带宽度的多余能量造成的热弛豫损失，最大限度地将光能变成电能，从而大幅提高光电转换效率。

叠层电池中主流的双结叠层电池需要一个窄禁带的底电池和一个宽禁带的顶电池。然而用于宽禁带的顶电池材料却十分缺稀。为了与窄禁带宽度的底电池吸收层材料相匹配，比如1.1eV禁带宽度的p型晶硅，或1.0eV禁带宽度的p型铜铟硒，顶电池材料要求是禁带宽度在1.6eV-1.7eV之间的p型材料，在较长的一段时间内，价格昂贵的III-V族材料是唯一的选择。寻找高效率、低成本的p型宽禁带顶电池材料是双结叠层电池未来发展的关键。

CIGS(铜铟镓硒)的禁带宽度可以在1.0-2.5eV区间灵活调控。目前效率最高的CIGS太阳能电池，禁带宽度为1.15eV，对应的Ga/Ga+In比例为0.3。为获得更高的禁带宽度，目前国际上主流的研究方向是通过阳离子、阴离子替换得以实现。在阳离子替换方面主要是增加Ga组分含量来提高CIGS材料的吸收带隙。CuInGaSe₂中的In如果全部被Ga替换而形成铜镓硒(CGSe)，CGSe的禁带宽度可以达到1.7eV。然而多个研究单位实验发现太阳能电池的效率随Ga含量的增加而降低。

传统的CIGS材料的表面和晶界面存在有序缺陷再构层(ODC层)，该结构具有固定的晶格结构和能带结构，可以大大降低载流子在晶界面的复合几率。这种有序缺陷再构层中存在大量In_Cu反位缺陷，然而为了获得高禁带宽度的铜镓硒，CuInGaSe₂中的In全部被Ga替换，如上所述的有序缺陷再构层难以在界面处形成，无法抑制表面和晶界面的电子空穴复合，降低了电池效率。

发明内容

鉴于现有技术存在的不足，本发明提供一种宽禁带铜镓硒光吸收层及其制备方法、太阳能电池，以解决现有技术中为了获得高禁带宽度的铜镓硒而导致电池效率降低的问题。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种宽禁带铜镓硒光吸收层，包括铜镓硒薄膜层和覆设于所述铜镓硒薄膜层上的铟镓薄膜层，所述铜镓硒薄膜层和所述铟镓薄膜层的界面经由退火工艺形成有In_Cu反位缺陷。

优选地，所述铟镓薄膜层中镓与铟和镓总和的原子比为(0.3～0.7)：1。

优选地，所述铟镓薄膜层中镓与铟和镓总和的原子比为(0.5～0.7)：1。

优选地，所述宽禁带铜镓硒光吸收层的厚度为1.0μm～3.0μm。

本发明还提供了一种如上所述的宽禁带铜镓硒光吸收层的制备方法，包括以下步骤：

S10、将基底加热至第一温度，在所述基底上共蒸镓和硒；