一种可以提高铜铟镓硒薄膜太阳能电池性能的表面钝化技术的制作方法
【专利摘要】铜铟镓硒薄膜太阳能电池(简称CIGS)由于其诸多优点，成为最有发展潜力的太阳能电池技术。本发明涉及一种方法来钝化CIGS太阳能电池中背电极与吸收层CIGS的界面，抑制载流子在该界面的复合，从而提高CIGS器件的性能。本发明的实施方法在于：把混合有硫酸镉、硫脲和氨水的溶液加热2-10分钟之后，把沉积有背电极层的衬底置入该溶液继续加热2-10分钟，生长一层含有大颗粒的硫化镉层。再在硫化镉层上生长一层二氧化硅作为绝缘钝化层，然后用超声的办法把硫化镉大颗粒去掉，这样就得到具有纳米结构孔洞的钝化层。在钝化层上继续生长CIGS吸收层，这样吸收层和背电极之间可以形成点接触，使用本技术制备得到的CIGS太阳能电池的开路电压，填充因子和光电转换效率都得到提高。
【专利说明】-种可以提高铜铟镓硒薄膜太阳能电池性能的表面钝化技 术
【技术领域】
[0001] 本发明属于太阳能电池领域，涉及到一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池器件。
【背景技术】
[0002] -切能量来自能源，人类离不开能源。能源是人类生存、生活与发展的主要基础。 进入21世纪后，人类目前技术可开发的能源资源已将面临严重不足的危机，当今煤、石油 和天然气等矿石燃料资源日益枯竭，甚至只能维持几十年。因此，必须寻找可持续的替代新 能源。另外，煤、石油和天然气等矿石燃料在使用过程中，还会带来一系列的环境问题：全球 性的温室效应使得全球气温升高，海平面上升；空气污染；干旱，荒漠化；废气、废物、废液 大量排放，自然资源严重浪费，造成人类环境的严重污染。
[0003] 所以寻找清洁的可再生新能源成为当前人类很迫切的任务。在现有的可再生新能 源中，太阳能成为最受人们关注的清洁新能源。太阳能具有很多优点，它随处可得，数量巨 大；取之不尽用之不竭；既清洁又安全，无污染，又不会影响生态环境。所以，开发利用太阳 能成为世界各国发展清洁新能源的战略决策。
[0004] 在现有的太阳能电池技术中，铜铟镓硒薄膜太阳能电池（简称CIGS)具有光吸收 能力强，稳定性好、抗辐照性能好、效率高、成本低，可以做成柔性组件，最适合作为光伏建 筑一体化（BIPV)使用等优点，受到了人们关注，是一种很有发展潜力的太阳能电池技术。
[0005] 现在CIGS薄膜太阳能电池的理论最高效率为33%，而现在实验室可以做到的最 高效率才达到20. 8%，还有很大的提高空间。影响CIGS效率的一个重要的因素是载流子在 界面的复合，会造成光生载流子的损失，为了进一步提高太阳能电池的效率，抑制载流子在 界面的复合是一个努力的方向。本发明就是通过钝化CIGS层和背电极的界面，抑制载流子 在此界面的复合，从而提高CIGS太阳能电池的效率。
【发明内容】
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[0006] 本发明的目的在于提供一种的方法来抑制抑制载流子在CIGS层和背电极界面的 复合，从而提高CIGS太阳能电池的效率。为了对本发明的技术做更好的说明，本文中采用 常用的CIGS太阳能电池器件结构作为例证（如图1所示）。器件包括：
[0007] -衬底⑴；衬底可以是玻璃，也可以是柔性衬底如不锈钢或者塑料，用于承托 CIGS器件。
[0008] -背电极（2)，常用金属钥（Mo)作为背电极溅射沉积在玻璃衬底⑴上，可以作为 正极导出空穴。
[0009] -吸收层（3)，CIGS吸收层一般沉积在背电极上，用于吸收入射太阳光。
[0010] 一缓冲层⑷，常用硫化镉（CdS)作为缓冲层（4)制作在吸收层（3)上，它既可以 和P型的CIGS层形成pn结，有可以作为CIGS层与ZnO层的过渡层，能够缓冲晶格失配和 能带台阶。
[0011] 一透明电极，常用高阻氧化锌（ΙΖ0)和掺铝氧化锌（ΑΖ0)作为透明电极（4)制作 在缓冲层（4)上，既可以透过太阳光，又可以收集传输电子，作为太阳能电池的负极。
[0012] 一金属栅极，常用镍铝（Ni/Al)电极沉积在ΑΖ0层上面，可以更有效的收集电子并 把电子导出。
[0013] 为进一步说明本发明的内容以及特点，以下结合附图对本发明作详细的描述，其 中：
[0014] 图1 :常见CIGS太阳能电池结构图
[0015] 图2 :点接触钝化结构示意图
[0016] 图3 :含有CdS大颗粒的钝化层
[0017] 图4 :去除CdS大颗粒之后形成的有纳米结构孔洞的钝化层
[0018] 在我们在背电极和吸收层CIGS之间引入钝化层，钝化二者界面，从而降低载流子 在该界面的复合。具体方法是在背电极和吸收层之间沉积钝化层，并且使用一种新开发的 技术，使得该钝化层存在一些纳米结构的孔洞，孔洞的直径要小于吸收层CIGS中的少子扩 散长度。这样后续的CIGS吸收层沉积的时候，就会和背电极形成点接触（如图2所示），从 而降低载流子在背电极和CIGS层界面复合几率，从而提高太阳能电池性能。
[0019] 我们同时发明了一种引入纳米结构钝化层的办法，先利用水浴法在背电极层上面 生长一层含有大颗粒的硫化镉（如图3所示），同时控制硫化镉大颗粒的尺寸要小于1微 米，然后在硫化镉层上面溅射沉积2-20纳米的绝缘层二氧化硅（Si0 2)，之后用超声去除硫 化镉大颗粒，得到直径小于1微米的孔洞（如图4所示）。在有孔洞结构的钝化层上生长 CIGS，这样在背电极和CIGS层形成点接触。
【具体实施方式】
[0020] 为使本发明的目的、技术方案以及优点更加清楚明白，以下结合具体的实施例证 并结合参照附图进行具体说明。
[0021] 1.将钠钙玻璃衬底在清洗剂中反复清洗，然后再经过去离子水，丙酮和异丙醇溶 液浸泡并超声各10-30分钟，最后在烘箱里烘干
[0022] 2.将清洗好的玻璃衬底放入真空腔室中溅射衬底金属Mo层作为背电极。溅射时 工作气压为5mtorr，溅射功率500W。
[0023] 3.用水浴法在沉积有Mo层的玻璃衬底上生长CdS层。方法如下：把混合有1-2. 5M 的氨水，〇. 001-0. 01M的硫酸镉，0. 05-0. 5M的硫脲溶液的容器放入水浴槽加热2-10分钟， 这时候溶液中会生成硫化镉颗粒，再把玻璃衬底浸入到溶液中继续加热2-10分钟，然后将 衬底取出吹干待用，这样Mo层表面就生成了布满大颗粒的CdS层。
[0024] 4.将清洗好的玻璃衬底放入真空腔室中溅射Si02作为绝缘层。溅射时工作气压 为3mtorr，溅射功率1000W。
[0025] 5.然后将样品放入纯水中超声2-15分钟，CdS大颗粒被去除，在钝化层上留下很 多纳米结构的孔洞。
[0026] 6.制备CIGS吸收层（可以采用溅射后硒化，多元共蒸，电镀，溶液法等技术均 可）。
[0027] 7.制备缓冲层。可以利用与步骤3类似的水浴法，把样品浸入到混合有1-2.5M的 氨水，0. 001-0. 01M的硫酸镉，0. 05-0. 5M的硫脲溶液中，再将盛有溶液的容器放入水浴槽 加热，调整加热温度和加热时间可以控制硫化镉层的厚度。
[0028] 8.溅射沉积透明电极高阻氧化锌（ΙΖ0)和掺铝氧化锌（ΑΖ0)。溅射时工作气压为 3mtorr，減射功率 1000W。
[0029] 9.热蒸发Ni/Al栅极。
[0030] 实验证明，采用本发明中的背电极钝化技术所制备的CIGS太阳能电池，相比没有 采用本技术的器件，因为在背电极Mo和吸收层层CIGS的界面复合受到抑制，CIGS太阳能 电池的开路电压，填充因子，和光电转换效率都得到了提高。
[0031] 以上所述的具体施例，对本发明的目的、技术方案和积极的效果进行了进一步详 细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体施例而已，并不用于限制本发明，凡在 本发明的原则之内所做的任何修和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1. 本专利涉及一种方法来钝化铜铟镓硒（CIGS)薄膜太阳能电池中背电极与吸收层 CIGS的界面，抑制载流子在该界面的复合，从而提高CIGS器件的性能。采用本技术制备 CIGS太阳能电池的步骤包括：把混合有硫酸镉、硫脲和氨水的溶液加热2-10分钟，把沉积 有背电极层的衬底置入该溶液继续加热，生长一层含有大颗粒的硫化镉层。再在硫化镉层 上生长一层二氧化硅作为绝缘钝化层，然后用超声的办法把硫化镉大颗粒去掉，这样就得 到具有纳米结构孔洞的钝化层。在钝化层上继续生长CIGS吸收层，这样吸收层和背电极之 间可以形成点接触。使用本技术制备得到的CIGS太阳能电池的开路电压，填充因子和光电 转换效率都得到提高。
2. 根据权利要求1所述的一种方法来钝化铜铟镓硒（CIGS)薄膜太阳能电池中背电极 与吸收层CIGS的界面，其特征在于，引入了一种具有纳米孔洞结构的钝化层，使得CIGS吸 收层与背电极形成点接触，从而抑制背电极与CIGS吸收层之间的载流子复合。
3. 根据权利要求1所述的一种方法来钝化铜铟镓硒（CIGS)薄膜太阳能电池中背电极 与吸收层CIGS的界面，其特征在于，利用水浴法引入了一种具有纳米孔洞结构的钝化层， 先用水浴法在背电极表面生长一层含有大颗粒的硫化镉层。
4. 根据权利要求1所述的一种方法来钝化铜铟镓硒（CIGS)薄膜太阳能电池中背电极 与吸收层CIGS的界面，其特征在于，利用水浴法引入了一种具有纳米孔洞结构的钝化层， 先用水浴法在背电极表面生长一层含有大颗粒的硫化镉层，再在硫化镉层表面沉积绝缘 层。
5. 根据权利要求1所述的一种方法来钝化铜铟镓硒（CIGS)薄膜太阳能电池中背电极 与吸收层CIGS的界面，其特征在于，利用水浴法引入了钝化层时，先把溶液加热2-10分钟， 再放入样品，这样才能生成含有大颗粒的硫化镉层。
6. 根据权利要求1所述的一种方法来钝化铜铟镓硒（CIGS)薄膜太阳能电池中背电极 与吸收层CIGS的界面，其特征在于，用超声的办法去除硫化镉大颗粒。
【文档编号】H01L31/18GK104143587SQ201410348268
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2014年7月22日 优先权日:2014年7月22日
【发明者】刘德昂, 谢承智, 钱磊, 章婷, 杨一行, 冯宗宝 申请人:苏州瑞晟纳米科技有限公司