一种低镉cigs基薄膜太阳能电池及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及薄膜太阳能电池技术领域，具体涉及一种低镉CIGS基薄膜太阳能电 池及其制备方法。
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【背景技术】
[0003] 铜铟镓硒（Cu (In，Ga) Se2，简称CIGS)薄膜太阳能电池以其光电转化效率高，材料 用量少，重量轻，可柔性化等特点受到广泛关注，并被认为是很有商业化前景的第二代太阳 能电池。
[0004] 通常CIGS薄膜太阳能电池的制备工序包括：a，在衬底上沉积背电极；b，在背电极 上沉积CIGS吸收层；c，在CIGS吸收层上沉积CdS层；d，在CdS层表面沉积上电极。在CIGS 薄膜太阳能电池制备过程中，需要用到具有一定环境污染性的CdS层，其采用化学水浴沉 积（CBD)工艺制备的膜层厚度一般约为40-60nm左右，综合到整个电池体系中，造成电池 Cd 含量较高，引起人们对镉污染的担心，也影响了其应用前景。虽然技术上可以通过降低CdS 厚度来降低整个组件的Cd含量，但CdS厚度的降低，也大大降低了整个电池组件的光电转 化效率。故实际上，目前商业化的CIGS电池 CdS层厚度一般控制在50nm左右，工艺窗口较 窄，工艺控制难度较大。
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【发明内容】
[0006] 发明目的：为了解决上述现有技术的不足，本发明提供一种低镉CIGS基薄膜太阳 能电池及其制备方法，该薄膜太阳能电池整体Cd含量低、工艺控制窗口较宽。
[0007] 本发明的技术方案： 一种低镉CIGS基薄膜太阳能电池，由下至上依次包括衬底、背电极、CIGS吸收层、CdS 层和上电极，所述CIGS吸收层表面的Cu原子被Cd原子部分置换形成表面改性层，所述CdS 层的厚度为20-35nm〇
[0008] 优选地，所述CdS层的厚度为20-25nm〇
[0009] 所述衬底为玻璃、金属、陶瓷以及聚合物衬底中的任意一种；所述背电极为Mo电 极；所述上电极为ZnO/AZO电极、ZnO/ITO电极、AZO电极、ITO电极中的任意一种。
[0010] 一种低镉CIGS基薄膜太阳能电池的制备方法，包括如下工序： a，在衬底上沉积背电极； b，在背电极上沉积CIGS吸收层； c，在CIGS吸收层上沉积CdS层； d，在CdS层表面沉积上电极； 所述步骤c之前，对CIGS表面进行改性处理，具体步骤为： (1)制备反应溶液A :配制镉盐的水溶液，向该溶液中加入氨水，用碱溶液调节pH值为 10. 5-12,搅拌均匀，即得反应溶液A，常温保存备用； (2) 制备反应溶液B :配制硫脲的水溶液，将该溶液与反应溶液A按体积比为1 :1~2的 比例混合，用碱溶液调节PH值为10. 5-12,搅拌均匀，即得反应溶液B，常温保存备用； (3) 将工序b制得的沉积有CIGS吸收层的衬底置于化学表面沉积（CSD)工艺设备的加 热台上加热，当衬底温度达到85-100°C时，将步骤（1)制备得到的新鲜的反应溶液A立刻滴 到加热的衬底表面，并控制衬底表面不出现干涸，反应5-10min，立马取出并清除衬底表面 多余反应溶液A，形成表面改性层； (4) 将步骤（3)制得的沉积有表面改性层的衬底置于CSD工艺设备的另一加热台上继 续加热，当衬底温度达到65-75°C，将步骤（2)制得的新鲜的反应溶液B立刻滴到加热的衬 底表面，并控制衬底表面不出现干涸，反应2-8min，形成CdS膜层，立刻取出衬底，用去离子 水冲洗干净，再用高压气体吹干衬底表面，进入下一道上电极沉积工艺。
[0011] 步骤（1)中，所述镉盐的水溶液中Cd2浓度为3-6mmol/L，氨水浓度为10-20wt%， Cd2与NH4OH的摩尔比为1 :10~300。
[0012] 步骤（2)中，所述硫脲的水溶液中硫脲的浓度为0· 1-0. 5mol/L。
[0013] 步骤（1)和步骤（2)中，所述镉盐为可溶性镉盐，具体选自CdS04、CdCl 2、CdIjP (CH3COO) 2Cd · 2H20中的任意一种或多种的组合物，所述碱溶液为3-10m〇l/LNa0H溶液。
[0014] 本发明对CIGS吸收层表面进行改性处理，涉及的反应是溶液中的Cd原子和CIGS 吸收层表面的Cu原子发生离子交换，改变了表面改性层的导电特性，Cd原子在表面层起到 施主掺杂的效果，表面改性层与基底CIGS吸收层一起形成一浅埋的同质PN结，从而在整个 CIGS薄膜电池中形成质量优良的PN结，维持电池高转化效率。在表面改性层上制备极薄 的CdS膜层，能够解决整体电池的能带和晶格匹配，同时由于CdS膜层折射率值处于上电极 与CIGS吸收层之间，起到减反射效果。极薄的CdS膜层能显著降低此膜层对光的吸收，从 而增加进入CIGS吸收层的入射光，增加短路电流，并大幅度降低整个膜层的Cd含量。
[0015] 有益效果： 1.在维持CIGS电池整体高转化效率的同时，大大降低了 CdS层厚度，大幅度降低了整 个电池组件的Cd含量。
[0016] 2.拓宽了 CdS层工艺窗口，降低了此膜层工艺控制难度，便于大规模生产应用。
【附图说明】
[0017] 图1为本发明的低镉CIGS基薄膜太阳能电池的结构示意图； 其中，1、衬底；2、背电极；3、CIGS吸收层；4、表面改性层；5、CdS层；6、上电极。
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【具体实施方式】
[0019] 下面以CdSO4作为镉盐为例，通过具体实施例的方式，对本发明技术方案进行详细 说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
[0020] 以范围形式表达的值应当以灵活的方式理解为不仅包括明确列举出的作为范围 限值的数值，而且还包括涵盖在该范围内的所有单个数值或子区间，犹如每个数值和子区 间被明确列举出。例如，"大约〇. 1%至约5%"的浓度范围应当理解为不仅包括明确列举出 的约0. 1%至约5%的浓度，还包括有所指范围内的单个浓度(如，1%、2%、3%和4%)和子区间 (例如，〇· 1% 至 〇· 5%、1% 至 2. 2%、3. 3% 至 4. 4%)。
[0021] 实施例1 如图1所示，一种低镉CIGS基薄膜太阳能电池，由下至上依次包括衬底1、背电极2、 CIGS吸收层3、CdS层5和上电极6,所述CIGS吸收层3表面的Cu原子被Cd原子部分置 换，所述CdS层5的厚度为20nm。
[0022] 所述低镉CIGS基薄膜太阳能电池的制备方法，包括如下工序： a，在衬底上沉积背电极； b，在背电极上沉积CIGS吸收层； c，在CIGS吸收层上沉积CdS层； d，在CdS层表面沉积上电极； 所述步骤c之前，对CIGS表面进行改性处理，具体步骤为：称取CdSO4粉末I. 6g，溶于 I. 276L去离子水中，搅拌均匀，向CdSO4溶液中加入224ml浓度为19wt%的氨水，进一步搅