专利名称：无镉铜铟镓硒薄膜太阳能电池及其硫化锌缓冲层薄膜的制备方法
无镉铜铟镓硒薄膜太阳能电池及其硫化锌缓冲层薄膜的制
备方法
技术领域：
本发明涉及一种无镉铜铟镓硒薄膜太阳能电池及其硫化锌缓冲层的制备方法。背景技术：
铜铟镓硒(Cu (Inja) ，简称CIGS)薄膜太阳能电池是20世纪80年代后期开发出来的新型太阳能电池，其优异的性能得到了广泛的关注。铜铟镓硒薄膜太阳能电池的典型结构为多层膜结构，包括金属栅极(Al)/透明电极(AZO)/窗口层(ZnO)/缓冲层(CdS)/ 光吸收层(CIGS)/背电极(Mo)/玻璃。尽管缓冲层的厚度仅仅只有50nm，但是对于CIGS电池来说是至关重要的。缓冲层能够与CIGS吸收层形成异质结从而使光生载流子分离以及保护吸收层在镀制上层电极时不被破坏。在CIGS电池中缓冲层一般采用硫化镉(分子式C(K)材料，CdS薄膜通常采用水浴法(CBD，chemical bath deposition)来制备。水浴法是一种常见的制备薄膜的工艺，把衬底沉浸在阳离子和阴离子先驱溶液中，当溶液中离子浓度的乘积超过它们的溶度积时， 便会在衬底上沉积制得需要的化合物薄膜。虽然采用CdS作缓冲层获得了性能较好的电池，但是由于含有重金属离子Cd2+， 这种生产方式所获得的薄膜电池在使用过程中可能因为自然力及其他因素，往往会使镉泄漏到环境中去，破坏了生态环境，同时由于镉的存在，这种电池的回收后处理也比较困难。 因此人们一直致力于无镉缓冲层的开发，近几年很多文献报导了多种无毒的缓冲层，例如， 硫化铟In2S3,氢氧化铟In(OH)3,氧化锡SnO2,硒化锌ZnSe,锌化物Zn (0, S，OH) x,铟化物 Inx(OH, S)y 等。ZnS取代CdS作为太阳能电池缓冲层的研究，是所有无Cd缓冲层中电池效率最高的一种。这是因为SiS(3.6-3. 8eV)的禁带宽度比CdS(2. ^V)的宽，不仅可以提高电池的短路电流，还有利于薄膜电池获得蓝光区的光谱响应，而且其晶格参数与CIGS吸收层更加匹配。在CIGS太阳能电池的制备中，获得ZnS薄膜的方法很重要，目前作为太阳能电池的ZnS缓冲层的制备大多采用CBD法，这种方法存在以下问题1)薄膜沉积时存在均相沉淀，在生成ZnS的同时，还生成了 Si (OH) 2，Zn (OH)2混入ZnS薄膜，导致得到的薄膜非ZnS纯相。具有杂质的ZnS薄膜附着力差，易开裂；幻在ZnS薄膜的制备过程中，如果溶液温度浓度的分布不均以及搅拌速率的不稳定还会导致重现性不好，在大面积制备时薄膜均勻性更加难以控制。
发明内容基于此，有必要提供一种成膜效果较好的无镉铜铟镓硒薄膜太阳能电池的制备方法。
一种无镉铜铟镓硒薄膜太阳能电池的制备方法，包括如下步骤步骤一、在衬底上依次形成背电极和铜铟镓硒光吸收层，形成样片；步骤二、将二水合醋酸锌溶解于无水乙醇中，再加入稳定剂，加热形成溶胶；步骤三、将所述样片浸入所述溶胶中，浸渍时间为5 10秒，然后将所述样片从所述溶胶中提起；步骤四、将所述样片在100 200°C下干燥30分钟，使所述样片表面形成氧化锌薄膜；步骤五、将所述样片放入硒化室内在硫化氢的气氛下进行退火处理，将所述氧化锌薄膜转化为硫化锌缓冲层薄膜；及步骤六、在所述硫化锌缓冲层薄膜上依次形成阻挡层及窗口层，得到所述无镉铜铟镓硒薄膜太阳能电池。在优选的实施例中，步骤二中，所述稳定剂为乙醇胺。在优选的实施例中，步骤二中，所述加热的温度为60 70°C。在优选的实施例中，步骤二中，所述二水合醋酸锌在所述溶胶中的浓度为0. 1 0.8mol/L。在优选的实施例中，步骤四中，所述氧化锌薄膜的厚度为30 200nm。在优选的实施例中，步骤五中，退火处理的温度为400 500°C，时间为10 60分钟。此外，还有必要提供一种成膜效果较好的硫化锌缓冲层薄膜的制备方法。一种硫化锌缓冲层薄膜的制备方法，包括如下步骤将二水合醋酸锌溶解于无水乙醇中，再加入稳定剂，加热形成溶胶；将样片浸入所述溶胶中，浸渍时间为5 10秒，然后将所述样片从所述溶胶中提起；将所述样片在100 200°C下干燥30分钟，使所述样片表面形成氧化锌薄膜；及将所述样片在硫化氢的气氛下进行退火处理，将所述氧化锌薄膜转化为硫化锌缓
冲层薄膜。传统CBD法制备的ZnS薄膜由于水浴温度较低，一般得到的是非晶的薄膜，而采用上述制备方法，在退火过程中由于温度较高，因此能够提高薄膜的结晶质量。另外，采取浸渍提拉法制备的薄膜均勻性较好，工艺较为容易控制。
具体实施方式为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施方式
对本发明做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。一实施方式的无镉铜铟镓硒薄膜太阳能电池的制备方法，包括如下步骤步骤一、在衬底上依次形成背电极和铜铟镓硒光吸收层，形成样片。具体的，可将玻璃基板清洗完毕放入真空室内进行辉光处理后，溅射沉积Mo形成背电极，然后转移到另一室进行磁控溅射或真空加热蒸发铜铟镓金属，铜铟镓分步沉积于玻璃Mo衬底上，制备出CIGS薄膜电池的铜铟镓金属预制层，进而转入固态源光硒化装置的真空热处理室内进行固态源光硒化处理，将铜铟镓金属预制层转变成CIGS薄膜电池的光学吸收层。另外，也可将玻璃基板清洗完毕放入真空室内进行辉光处理后，溅射沉积Mo形成背电极，然后采用共蒸发法制备CIGS薄膜电池的光学吸收层。步骤二、将二水合醋酸锌溶解于无水乙醇中，再加入稳定剂，加热形成溶胶。具体的，可采用分析纯的二水合醋酸锌Si(CH3COO)2 · 2H20作为前驱体，无水乙醇 (EtOH)作为溶剂，将二水合醋酸锌溶解于无水乙醇中，再加入少量的乙醇胺作为稳定剂，待溶液完全澄清后，60 70°C下加热形成透明均勻的溶胶。这种溶胶可以长时间稳定地存在，使用过程中完全没有浪费，节省了原料成本。其中，二水合醋酸锌在所述溶胶中的浓度优选为0. 1 0. 8mol/L。在步骤二中发生了如下的化学反应
权利要求
1.一种无镉铜铟镓硒薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤 步骤一、在衬底上依次形成背电极和铜铟镓硒光吸收层，形成样片；步骤二、将二水合醋酸锌溶解于无水乙醇中，再加入稳定剂，加热形成溶胶； 步骤三、将所述样片浸入所述溶胶中，浸渍时间为5 10秒，然后将所述样片从所述溶胶中提起；步骤四、将所述样片在100 200°C下干燥30分钟，使所述样片表面形成氧化锌薄膜； 步骤五、将所述样片放入硒化室内在硫化氢的气氛下进行退火处理，将所述氧化锌薄膜转化为硫化锌缓冲层薄膜；及步骤六、在所述硫化锌缓冲层薄膜上依次形成阻挡层及窗口层，得到所述无镉铜铟镓硒薄膜太阳能电池。
2.根据权利要求1所述的无镉铜铟镓硒薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于步骤二中，所述稳定剂为乙醇胺。
3.根据权利要求1所述的无镉铜铟镓硒薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于步骤二中，所述加热的温度为60 70°C。
4.根据权利要求1所述的无镉铜铟镓硒薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于步骤二中，所述二水合醋酸锌在所述溶胶中的浓度为0. 1 0. 8mol/L。
5.根据权利要求1所述的无镉铜铟镓硒薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于步骤四中，所述氧化锌薄膜的厚度为30 200nm。
6.根据权利要求1所述的无镉铜铟镓硒薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于步骤五中，退火处理的温度为400 500°C，时间为10 60分钟。
7.—种硫化锌缓冲层薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤 将二水合醋酸锌溶解于无水乙醇中，再加入稳定剂，加热形成溶胶；将样片浸入所述溶胶中，浸渍时间为5 10秒，然后将所述样片从所述溶胶中提起； 将所述样片在100 200°C下干燥30分钟，使所述样片表面形成氧化锌薄膜；及将所述样片在硫化氢的气氛下进行退火处理，将所述氧化锌薄膜转化为硫化锌缓冲层薄膜。
8.根据权利要求7所述的硫化锌缓冲层薄膜的制备方法，其特征在于所述稳定剂为乙醇胺。
9.根据权利要求7所述的硫化锌缓冲层薄膜的制备方法，其特征在于所述加热的温度为60 70°C。
10.根据权利要求7所述的硫化锌缓冲层薄膜的制备方法，其特征在于所述二水合醋酸锌在所述溶胶中的浓度为0. 1 0. 8mol/L。
全文摘要
一种无镉铜铟镓硒薄膜太阳能电池的制备方法，包括如下步骤步骤一、在衬底上依次形成背电极和铜铟镓硒光吸收层，形成样片；步骤二、将二水合醋酸锌溶解于无水乙醇中，再加入稳定剂，加热形成溶胶；步骤三、将样片浸入所述溶胶中，浸渍时间为5～10秒，然后将样片从所述溶胶中提起；步骤四、将样片在100～200℃下干燥30分钟，使样片表面形成氧化锌薄膜；步骤五、将样片放入硒化室内在硫化氢的气氛下进行退火处理，将氧化锌薄膜转化为硫化锌缓冲层薄膜；及步骤六、在硫化锌缓冲层薄膜上依次形成阻挡层及窗口层。上述制备方法在退火过程中由于温度较高，因此能够提高薄膜的结晶质量。本发明还提供一种硫化锌缓冲层薄膜的制备方法。
文档编号C03C17/36GK102270699SQ201110202078
公开日2011年12月7日 申请日期2011年7月18日 优先权日2011年7月18日
发明者刘壮, 卢兰兰, 肖旭东 申请人:中国科学院深圳先进技术研究院