梯度結構中晶粒尺寸從lOnm逐漸增大到2微米，形成能 隙從高能隙層至低能隙層均勻過渡的梯度結構，控制能隙差為0.lev(如圖4所示）。
[0化3] 幾種組合的形式如圖2所示，y=l，x從0. 4至0. 6逐漸增大，且晶粒尺寸逐漸增 大，且滲雜有化，化的滲雜量從0% -5 %逐漸增大，形成能隙從高能隙層至低能隙層均勻過 渡的梯度結構，控制能隙差為0.OleV。
[0化4] 所述梯度結構的總厚度在0. 1微米到3微米之間。述梯度結構內(nèi)每一個過渡層的 厚度為lnm-10皿之間。
[0055]如圖5所示，所述具有梯度結構的銅銅嫁砸薄膜太陽能電池的制造方法包括： [0化6] (1)對玻璃基板或金屬，高分子基板進行清洗；
[0057] (2)在基板上制備金屬Mo電極；
[0化引采用采用磁控瓣射方法制備金屬Mo電極；磁控瓣射壓力為3 - 10毫毛，沉積速率 為2-5nm/秒。Mo電極厚度為0. 5-1微米。
[0化9] (3)金屬Mo層，在550°C-650°C下砸化形成MoSe的過度層，即背接觸層。
[0060] (4)采用機械和激光技術劃刻金屬Mo鍛膜層，電極分割形成子電池的電極
[0061] (5)對劃刻后的玻璃基板再次進行清洗；
[0062] (6)其銅銅嫁砸梯度結構在玻璃基板溫度為550-650°C時，采用真空熱蒸發(fā)法，磁 控瓣射和CVD方法來制備銅銅嫁砸薄膜梯度結構。每層銅銅嫁砸的形成過程有=種方式：
[0063] 1.采用化，In,GaS組元金屬真空熱蒸發(fā)法和磁控瓣射法形成化：In:Ga的中間 合金，然后用肥Se(或Se)進行砸化形成Cu (In,Ga)Se2。
[0064] 2.采用化和In,Ga分別真空熱蒸發(fā)法和磁控瓣射法并與HsSe(或Se)砸化相結 合形成CUgSe和（In,Ga)2Se3混合層，再在HgSe(或Se)砸化條件下形成Cu(In,Ga)Se2。
[00化]3.采用四組元金屬化+In+Ga+Se真空熱蒸發(fā)法和磁控瓣射法直接形成化（In,Ga) S?2〇
[0066] 本工藝采用第=種方法制備銅銅嫁砸梯度結構，工藝為共蒸方法制備：
[0067] 在反應室的真空度為0.01-0. 03毛的壓力，然后通入氮氣，達到10-20毛的壓 力和200°C時，開始鍛緩沖層薄膜，大約20-50納米，然后基板溫度升到為550-650 °C， Cu，In,Ga，Se的石墨舟蒸發(fā)源溫度為Cu; 1200-1700°C，In;900-1200°C，Ga;800-1000°C 和Se;300-500°C來制備銅銅嫁砸梯度結構。蒸發(fā)源的銅銅嫁砸原料依據(jù)CUy(Ini_,Ga,) Se] (1-1. 65eV)/Qiy(Ini-xGa,)Se] (1-1. 65eV) (1 >X> 0,1 >y> 0,）通過改變X.y的大小、 晶粒尺寸大小和鋼的慘雜來調(diào)節(jié)銅銅嫁砸材料的能隙匹配。
[0068] 為了調(diào)整晶粒尺寸大小從lOnm到2ym來調(diào)節(jié)銅銅嫁砸材料的能隙匹配，通過調(diào) 整基板溫度從500到650°C，和調(diào)整化，In,Ga，Se的石墨舟蒸發(fā)源溫度和沉積速率來控制 銅銅嫁砸晶粒尺寸大小達到銅銅嫁砸能隙的調(diào)整。每鍛完一層膜，用干燥的氮氣去除任何 松散附著的氧化物或銅銅嫁砸微粒。銅銅嫁砸梯度結構的薄膜厚度為1-4ym。
[0069] 為通過鋼的慘雜來調(diào)節(jié)銅銅嫁砸材料的電阻性能和能隙匹配，采用共蒸方法 來進行鋼的慘雜。通常采用的鋼源為NaF(共蒸溫度800-1000°C)，化2Se(共蒸溫度 700-1000°C)和NaaS(共蒸溫度1000-1200°C)，慘雜濃度為0. 05到0. 2%原子濃度。
[0070] (7)在銅銅嫁砸梯度結構層上，用化學溶液法制備CdS薄膜；
[0071] 簡的原料采用0. 02-0. 05克分子濃度醋酸簡（CdAc2)，0. 5-2克分子濃度的醋酸錠 轉(zhuǎn)。)，10-20克分子濃度的氨水（畑4〇巧和0. 05 - 0. 1克分子濃度的硫脈攸(N冊)。作 為硫源。化學溶液反應法沉積溫度為80-95°C，CdS薄膜沉積厚度為60 - 200納米。鍛模完 成后，基板然后從浴中取出，放入溫暖的去離子水，并用超聲處理（約2分鐘）W除去松散 附著的CdS微粒，然后用干燥的N,吹干。
[0072] 做制備TCO即ITO和化0薄膜，厚度200 - 400納米。
[0073] (9)采用激光工藝和機械刻蝕工藝將TCO電極分割形成單個的子電池；
[0074] (9)對電池邊緣進行激光劃線處理；
[0075] (10)對電池進行電路連接及封裝。
【主權項】
1. 一種具有梯度結構的銅銦鎵硒薄膜太陽能電池，包括由CIGS吸收層和CdS緩沖 層所形成的pn結，其特征是，所述銅銦鎵硒薄膜太陽能電池的pn結中的CIGS吸收層為 Cuy(IrvxGax) 562梯度結構，其中O<X< 1，0 <y< 1，所述梯度結構是指具有能隙梯度的 多層結構；所述Cuy(IrvxGax)Se2梯度結構的能隙在I. 65eV_leV之間，從首層至末層由高能 隙層向低能隙層均勻過渡，且任意相鄰兩層之間的能隙差在〇.〇1 -〇.IeV之間。
2. 根據(jù)權利要求1所述具有梯度結構的銅銦鎵硒薄膜太陽能電池，其特征是，所述 Cuy (IrvxGax)Se2梯度結構選自以下幾種中的一種或者幾種： (1)所述Cuy (IrvxGax)Se2梯度結構中y恒定，X從1至0逐漸減小，形成能隙從高能隙 層至低能隙層均勻過渡的梯度結構； ⑵所述Cuy (IrvxGax)Se2梯度結構中X恒定，y從1至0逐漸減小，形成能隙從高能隙 層至低能隙層均勻過渡的梯度結構； ⑶所述Cuy (IrvxGax)Se^度結構中摻雜Na，Na的原子摻雜濃度在0 % -5 %之間逐漸 增加，形成能隙從高能隙層至低能隙層均勻過渡的梯度結構； ⑷所述Cuy (IrvxGax)Se^度結構中晶粒尺寸從IOnm逐漸增大到2微米，形成能隙從 高能隙層至低能隙層均勻過渡的梯度結構。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述具有梯度結構的銅銦鎵硒薄膜太陽能電池，其特征是，所 述Cuy (IrvxGax)Se2梯度結構是能隙在I. 65eV_leV之間，且按照能隙差在0. 01 - 0. 05eV之 間的形式從高能隙層至低能隙層均勻過渡的梯度結構。
4. 根據(jù)權利要求1或2所述具有梯度結構的銅銦鎵硒薄膜太陽能電池，其特征是，所述 梯度結構的總厚度在〇. 1微米到3微米之間。
5. 根據(jù)權利要求1或2所述具有梯度結構的銅銦鎵硒薄膜太陽能電池，其特征是，所述 梯度結構內(nèi)每一層的厚度為lnm-100nm。
6. 根據(jù)權利要求5所述具有梯度結構的銅銦鎵硒薄膜太陽能電池，其特征是，所述梯 度結構內(nèi)每一層的厚度為lnm-10nm。
7. 權利要求1-6之一所述具有梯度結構的銅銦鎵硒薄膜太陽能電池的制備方法，其 特征是，所述具有梯度結構的CIGS吸收層采用共蒸方法制備，具體工藝控制參數(shù)包括：將 基板裝載在沉積室后，在380°C_420°C的溫度下，在CO、0)2或112的氣氛下，預處理15-20 分鐘；冷卻到150°C-200°C時，反應室的真空度抽到0. 01-0. 03乇的壓力，然后通入氦氣， 達到10-20乇的壓力和200°C時，開始鍍緩沖層薄膜，然后基板溫度升到為600°C-650°C， 控制Cu、In、Ga、Se的石墨舟蒸發(fā)源溫度分別為Cu:1200-1700°C，In:900-1200°C，Ga: 800-1000°C和Se:300-500°C來制備銅銦鎵硒梯度結構，每鍍完一層膜，用干燥的氮氣去除 松散附著的氧化物或或銅銦鎵硒微粒。
8. 根據(jù)權利要求7所述具有梯度結構的銅銦鎵硒薄膜太陽能電池的制備方法，其特征 是，所述具有梯度結構的CIGS吸收層采用共蒸方法來進行鈉的摻雜，具體工藝控制參數(shù)包 括：采用的鈉源為NaF、Na2Se和Na2S中的一種或幾種，采用鈉源為NaF時控制NaF共蒸溫 度800-1000°C;采用鈉源為Na2Se時控制Na2Se共蒸溫度700-1000°C;采用鈉源為Na2S時 控制Na2S共蒸溫度1000-1200°C;控制Na摻雜濃度為0. 05%到0. 2%原子濃度。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有梯度結構的銅銦鎵硒薄膜太陽能電池及其制造方法，該電池包括由CIGS吸收層和CdS緩沖層所形成的pn結，所述銅銦鎵硒薄膜太陽能電池的pn結構中的CIGS吸收層為具有能隙梯度的Cuy(In1-xGax)Se2多層結構，其中0≤x≤1，0≤y≤1。這種梯度結構有較寬的能譜范圍，能夠分離和捕捉游離電子，在太陽光的激發(fā)下，形成較大電流而提高薄膜太陽能電池的效率。該梯度結構避免了晶粒的異常長大和孔洞和裂縫的形成，制備了致密的、晶粒尺寸大小均勻、能隙匹配的高質(zhì)量的薄膜，同時，梯度結構有利于對太陽光的充分吸收。因而，進一步提高了銅銦鎵硒薄膜太陽能電池的效率。
【IPC分類】H01L31-032, H01L31-0352
【公開號】CN104766896
【申請?zhí)枴緾N201510174947
【發(fā)明人】李廷凱, 李晴風, 鐘真
【申請人】湖南共創(chuàng)光伏科技有限公司
【公開日】2015年7月8日
【申請日】2015年4月14日