一種銅銦鎵硒薄膜太陽(yáng)電池的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種銅銦鎵硒薄膜太陽(yáng)電池，自下至上依次包括：襯底、背電極、銅銦鎵硒吸收層、緩沖層、i?ZnO層、透明窗口層、減反射層和柵線電極，襯底位于背電極一面、背電極兩面、銅銦鎵硒吸收層與背電極接觸面的粗糙面相同，銅銦鎵硒吸收層另一面均方根粗糙度＜20nm，銅銦鎵硒吸收層的最厚厚度≤1μm，緩沖層包括第一Zn(O,S)緩沖層和第二ZnO緩沖層，透明窗口層包括第一石墨烯層、納米金屬層以及第二石墨烯層，減反射層包括第一二氧化硅層、納米二氧化鈦層以及第二二氧化硅層。本發(fā)明在粗糙面背電極上制成≤1μm厚銅銦鎵硒薄膜，銅銦鎵硒薄膜另一面均方根粗糙度＜20nm，增加了光在吸收層中所經(jīng)過(guò)的有效光程，在不損失太陽(yáng)光的利用率的基礎(chǔ)上，大幅較少了稀有金屬資源的利用，既實(shí)現(xiàn)了對(duì)太陽(yáng)光的有效利用，又大幅降低電池的生產(chǎn)成本，具有極其廣泛的應(yīng)用前景。
【專利說(shuō)明】
一種銅銦鎵砸薄膜太陽(yáng)電池
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于薄膜太陽(yáng)電池制作技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種銅銦鎵砸薄膜太陽(yáng)電池。
【背景技術(shù)】
[0002]21世紀(jì)人類面臨的最大課題是不僅有能源問(wèn)題，還有環(huán)境問(wèn)題，利用太陽(yáng)能來(lái)解決全球性的能源和環(huán)境問(wèn)題越來(lái)越受到人們的重視，各種太陽(yáng)電池應(yīng)運(yùn)而生。在能源日益短缺與過(guò)度使用礦石燃料而造成全球暖化的危機(jī)中，太陽(yáng)能光伏發(fā)電已成為各國(guó)優(yōu)先考慮發(fā)展的潔凈能源。銅銦鎵砸(銅銦鎵砸)化合物太陽(yáng)電池因轉(zhuǎn)換效率高、弱光發(fā)電性能好、穩(wěn)定性好、無(wú)衰減等優(yōu)點(diǎn)而成為最有希望的光伏器件之一。然而，由于電子產(chǎn)品需求量的不斷加大，對(duì)于各種稀有金屬的需求量也與日倶增，稀有金屬的價(jià)格日益上漲。在此大背景下，提高稀有金屬的利用率對(duì)于保護(hù)稀有金屬資源和降低電池生產(chǎn)成本來(lái)說(shuō)都有巨大的意義。
[0003]銅銦鎵砸(CIGS)薄膜太陽(yáng)電池中，吸收層是整個(gè)電池的核心部分，大部分光生載流子的輸運(yùn)和收集工作是由吸收層(P型銅銦鎵砸層)所完成的。為了保證電池對(duì)光的充分吸收，大多將銅銦鎵砸吸收層的厚度制成1.5至2.5μπι;由于銅銦鎵砸均屬于貴重的稀有金屬資源，造成銅銦鎵砸薄膜太陽(yáng)電池的制作成本難以下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題而提供一種在不損失太陽(yáng)光的利用率的基礎(chǔ)上，較少銅銦鎵砸材料的使用，大幅降低電池制作成本的一種銅銦鎵砸薄膜太陽(yáng)電池。
[0005]本發(fā)明包括如下技術(shù)方案:
[0006]—種銅銦鎵砸薄膜太陽(yáng)電池，自下至上依次包括:襯底、背電極、銅銦鎵砸吸收層、緩沖層、1-ZnO層、透明窗口層、減反射層和柵線電極，其特點(diǎn)是:所述襯底位于背電極一面的均方根粗糙度為80-120nm、所述背電極的兩面均方根粗糙度均與位于襯底一面的背電極均方根粗糙度相同、所述銅銦鎵砸吸收層與背電極接觸的面與背電極面的均方根粗糙度相同、銅銦鎵砸吸收層另一面均方根粗糙度為20nm以下，銅銦鎵砸吸收層最厚部分的厚度為
<Iym，緩沖層包括第一Zn (O，S)緩沖層和第二ZnO緩沖層，透明窗口層包括第一石墨烯層、納米金屬層以及第二石墨烯層，減反射層包括第一二氧化硅層、納米二氧化鈦層以及第二二氧化硅層。
[0007]本發(fā)明還可以采用如下技術(shù)措施:
[0008]所述背電極為雙層Mo結(jié)構(gòu)，背電極最厚部分的厚度為600nm。
[0009]所述第一Zn(0，S)緩沖層為25nm厚的η型Zn(0，S)緩沖層，所述第二 ZnO緩沖層為50nm厚的η型ZnO緩沖層;所述1-ZnO層的厚度為50nm;所述第一石墨稀層、納米金屬層以及第二石墨稀層的厚度分別為150nm、50nm以及150nm;所述第一二氧化娃層、納米二氧化鈦層以及第二二氧化娃層的厚度分別50nm、10nm以及50nm;所述柵線電極為2μηι厚的N1-Al ο
[0010]本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果:
[0011]本發(fā)明通過(guò)在粗糙面背電極上共蒸發(fā)形成的Ιμπι厚銅銦鎵砸薄膜，經(jīng)腐蝕，形成表面均方根粗糙度為20nm以下的陷光結(jié)構(gòu)的銅銦鎵砸吸收層，增加了光在吸收層中所經(jīng)過(guò)的有效光程，在不損失太陽(yáng)光的利用率的基礎(chǔ)上，大幅較少了稀有金屬資源的利用，既實(shí)現(xiàn)了對(duì)太陽(yáng)光的有效利用，又大幅降低電池的生產(chǎn)成本，具有極其廣泛的應(yīng)用前景。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1是本發(fā)明銅銦鎵砸薄膜太陽(yáng)電池結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖中，1-襯底，2-背電極，3-銅銦鎵砸吸收層，4-緩沖層，5-1-ZnO層，6-透明窗口層，7-減反射層，8-柵線電極。
【具體實(shí)施方式】
[0014]為能進(jìn)一步公開(kāi)本發(fā)明的
【發(fā)明內(nèi)容】
、特點(diǎn)及功效，特例舉以下實(shí)例并結(jié)合附圖進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明如下:
[0015]—種銅銦鎵砸薄膜太陽(yáng)電池，自下至上依次包括:襯底、背電極、銅銦鎵砸吸收層、緩沖層、1-ZnO層、透明窗口層、減反射層和柵線電極，其特點(diǎn)是:所述襯底位于背電極一面的均方根粗糙度為80-120nm、所述背電極的兩面均方根粗糙度均與位于襯底一面的背電極均方根粗糙度相同、所述銅銦鎵砸吸收層與背電極接觸的面與背電極面的均方根粗糙度相同、銅銦鎵砸吸收層另一面均方根粗糙度為20nm以下，銅銦鎵砸吸收層最厚部分的厚度為< Iym，緩沖層包括第一Zn (O，S)緩沖層和第二ZnO緩沖層，透明窗口層包括第一石墨烯層、納米金屬層以及第二石墨烯層，減反射層包括第一二氧化硅層、納米二氧化鈦層以及第二二氧化硅層。
[0016]所述背電極為雙層Mo結(jié)構(gòu)，背電極最厚部分的厚度為600nm。
[0017]所述第一Zn(0，S)緩沖層為25nm厚的η型Zn(0，S)緩沖層，所述第二 ZnO緩沖層為50nm厚的η型ZnO緩沖層;所述1-ZnO層的厚度為50nm;所述第一石墨稀層、納米金屬層以及第二石墨稀層的厚度分別為150nm、50nm以及150nm;所述第一二氧化娃層、納米二氧化鈦層以及第二二氧化娃層的厚度分別50nm、10nm以及50nm;所述柵線電極為2μηι厚的N1-Al ο
[0018]本發(fā)明的一種制作過(guò)程:
[0019]步驟1.制作一面為粗糙面的襯底
[0020]采用等離子體刻蝕機(jī)，設(shè)置功率為0.5kW，壓強(qiáng)為4X10_2pa，通過(guò)Ar2對(duì)鈦箔一面進(jìn)行均方根粗糙度為10nm的等離子體刻蝕，作為一面為粗糙面的襯底I;
[0021]步驟2.在襯底的粗糙面上制作背電極
[0022]通過(guò)直流磁控濺射沉積系統(tǒng)在粗糙面襯底上沉積與襯底粗糙面的粗糙度相同、厚度為600nm的雙層Mo結(jié)構(gòu)作為背電極2;
[0023]步驟3.在背電極的表面制作陷光結(jié)構(gòu)銅銦鎵砸吸收層
[0024]將制有背電極的鈦箔清洗后放入真空室，采用傳統(tǒng)的共蒸發(fā)三步法在背電極上制作銅銦鎵砸吸收層;背電極上形成粗糙面銅銦鎵砸薄膜，采用濃度為1.5mol/L的NaOH溶液，腐蝕溫度為85°C的腐蝕堿液對(duì)銅銦鎵砸薄膜表明層進(jìn)行腐蝕處理，直至銅銦鎵砸薄膜表面的均方根粗糙度為20nm以下的，形成厚度為Ιμπι的陷光結(jié)構(gòu)銅銦鎵砸吸收層3;
[0025]步驟4.制作銅銦鎵砸薄膜太陽(yáng)電池
[0026]在陷光結(jié)構(gòu)銅銦鎵砸吸收層上面自下至上依次制作緩沖層4、1-ZnO層5、透明窗口層6、減反射層7和柵線電極8，其中緩沖層包括25nm厚的η型第一 Zn(0，S)緩沖層和50nm厚的η型第二 ZnO緩沖層，所述1-ZnO層的厚度為50nm，透明窗口層包括厚度分別為150nm、50nm以及150nm的第一石墨稀層、納米金屬層以及第二石墨稀層，減反射層包括厚度分別50nm、10nm以及50nm第一二氧化硅層、納米二氧化鈦層以及第二二氧化硅層，所述柵線電極為2μm厚的N1-Al，完成如圖1所示本發(fā)明一種銅銦鎵砸薄膜太陽(yáng)電池的制作過(guò)程。
[0027]本發(fā)明的另一種制作過(guò)程:
[0028]步驟1.制作一面為粗糙面的襯底
[0029]采用等離子體刻蝕機(jī)，設(shè)置功率為lkW，壓強(qiáng)為5X 10_2pa，通過(guò)Ar2對(duì)不銹鋼箔一面進(jìn)行均方根粗糙度為10nm的等離子體刻蝕，作為一面為粗糙面的襯底I;
[0030]步驟2.在襯底的粗糙面上制作背電極
[0031 ]通過(guò)直流磁控濺射沉積系統(tǒng)在粗糙面襯底上沉積與襯底粗糙面的粗糙度相同、厚度為600nm的雙層Mo結(jié)構(gòu)作為背電極2;
[0032]步驟3.在背電極的表面制作陷光結(jié)構(gòu)銅銦鎵砸吸收層
[0033]將制有背電極的鈦箔清洗后放入真空室，采用傳統(tǒng)的共蒸發(fā)三步法在背電極上制作銅銦鎵砸吸收層;背電極上形成粗糙面銅銦鎵砸薄膜，采用濃度為1.5mol/L的NaOH溶液，腐蝕溫度為85°C的腐蝕堿液對(duì)銅銦鎵砸薄膜表明層進(jìn)行腐蝕處理，直至銅銦鎵砸薄膜表面的均方根粗糙度為20nm以下的，形成厚度為Ιμπι的陷光結(jié)構(gòu)銅銦鎵砸吸收層3;
[0034]步驟4.制作銅銦鎵砸薄膜太陽(yáng)電池
[0035]在陷光結(jié)構(gòu)銅銦鎵砸吸收層上面自下至上依次制作制作緩沖層4、i_ZnO層5、透明窗口層6、減反射層7和柵線電極8，其中緩沖層包括25nm厚的η型第一Zn(0，S)緩沖層和50nm厚的η型第二ZnO緩沖層，所述1-ZnO層的厚度為50nm，透明窗口層包括厚度分別為150nm、50nm以及150nm的第一石墨稀層、納米金屬層以及第二石墨稀層，減反射層包括厚度分別50nm、10nm以及50nm第一二氧化娃層、納米二氧化鈦層以及第二二氧化娃層，所述柵線電極為2μπι厚的N1-Al，完成如圖1所示本發(fā)明一種銅銦鎵砸薄膜太陽(yáng)電池的制作過(guò)程。
[0036]盡管上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的【具體實(shí)施方式】，上述的【具體實(shí)施方式】?jī)H僅是示意性的，并不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可以作出很多形式。這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種銅銦鎵砸薄膜太陽(yáng)電池，自下至上依次包括:襯底、背電極、銅銦鎵砸吸收層、緩沖層、1-ZnO層、透明窗口層、減反射層和柵線電極，其特征在于:所述襯底位于背電極一面的均方根粗糙度為80-120nm、所述背電極的兩面均方根粗糙度均與位于襯底一面的背電極均方根粗糙度相同、所述銅銦鎵砸吸收層與背電極接觸的面與背電極面的均方根粗糙度相同、銅銦鎵砸吸收層另一面均方根粗糙度為20nm以下，銅銦鎵砸吸收層最厚部分的厚度為<Iym，緩沖層包括第一Zn (O，S)緩沖層和第二ZnO緩沖層，透明窗口層包括第一石墨烯層、納米金屬層以及第二石墨烯層，減反射層包括第一二氧化硅層、納米二氧化鈦層以及第二二氧化硅層。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種銅銦鎵砸薄膜太陽(yáng)電池，其特征在于:所述背電極為雙層Mo結(jié)構(gòu)，背電極最厚部分的厚度為600nm。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種銅銦鎵砸薄膜太陽(yáng)電池，其特征在于:所述第一Zn(0，S)緩沖層為25nm厚的η型Zn(0，S)緩沖層，所述第二 ZnO緩沖層為50nm厚的η型ZnO緩沖層;所述1-ZnO層的厚度為50nm;所述第一石墨烯層、納米金屬層以及第二石墨烯層的厚度分別為150]11]1、50111]1以及150111]1;所述第一二氧化娃層、納米二氧化鈦層以及第二二氧化娃層的厚度分別50]1111、100111]1以及5011111;所述柵線電極為241]1厚的附-八10
【文檔編號(hào)】H01L31/0224GK105870214SQ201610237968
【公開(kāi)日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年4月14日
【發(fā)明人】董友強(qiáng)
【申請(qǐng)人】董友強(qiáng)