一种铜铟镓硒底电池用复合窗口层结构及其制备方法与流程

本发明涉及薄膜太阳能电池，具体地，涉及一种铜铟镓硒底电池用复合窗口层结构及其制备方法。

背景技术：

1、太阳能作为重要的可再生能源，近年来得到快速发展，在各种已经商业化的太阳能电池中，铜铟镓硒(以下简称“cigs”)薄膜太阳能电池因拥有弱光效应好、温度系数低和衰减效率少等特点在光伏建筑一体化、屋顶发电、移动能源等领域具有广泛应用的趋势。此外，可调节的带隙宽度和优异的稳定性也使cigs电池作为底电池应用在叠层电池领域受到越来越多的关注。

2、然而在实际生产中制备的cigs窗口层为本征氧化锌(i-zno)层和氧化锌掺铝(azo)层，为了减少电池的漏电流和降低其串联电阻，厚度大多超过1.2μm，因此成本较高。此外，现有的窗口层材料在近红外区域具有一定的寄生吸收，使其在近红外波段的透过率降低，从而影响了cigs底电池的转换效率，最终导致叠层电池整体效率的下降。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种铜铟镓硒底电池用复合窗口层结构及其制备方法，该方法能够制备出膜层均匀、电阻率低且近红外透过率高的铜铟镓硒底电池用复合窗口层。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种铜铟镓硒底电池用复合窗口层结构，由复合氧化物层、超薄金属层和铟锆氧化物层组成；

4、其中，所述复合氧化物层作为阻挡层、所述超薄金属层和铟锆氧化物层作为复合窗口层；

5、所述复合氧化物层为厚度30～50nm的mgzno薄膜，所述超薄金属层为厚度1～3nm的zn种子层和厚度7～9nm的金属cu薄膜，所述铟锆氧化物层为厚度100～150nm的掺杂zr的in2o3薄膜。

6、进一步的，所述的掺杂zr的in2o3薄膜，掺杂zr的质量比为1％～5％。

7、一种铜铟镓硒底电池用复合窗口层的制备方法，包括以下步骤：

8、(1)采用共溅射法在铜铟镓硒底电池的缓冲层上先沉积mgzno薄膜，形成阻挡层，然后采用直流溅射法在阻挡层上依次沉积zn种子层和金属cu薄膜，形成超薄金属层；

9、(2)采用低温无损射频溅射法在超薄金属层上沉积掺杂zr的in2o3薄膜，经过退火处理得到高性能复合窗口层。

10、进一步的，步骤(1)中的共溅射法的工艺参数为：溅射功率为50～150w，工作气压为0.1～1.5pa，氩气流量为30ppm，氧气流量为3ppm，zn靶溅射时间为10～15min，mg靶溅射时间为1～5min。

11、进一步的，步骤(1)中的直流溅射法的工艺参数为：溅射功率为20～50w，工作气压为0.1～1pa，氩气流量为30ppm，zn靶溅射时间为1s，cu靶溅射时间为10s。

12、进一步的，步骤(2)中低温无损射频溅射法的工艺参数为：溅射功率为40～60w，工作气压为0.1～2pa，氩气流量为30ppm，溅射时间为90～140min；步骤(2)中退火工艺参数为：退火温度为80～120℃，退火时间为30～60min。

13、本发明通过引入mgzno作为阻挡层，可有效降低电池的漏电流，提高分流电阻，采用zn种子层和cu薄膜相结合的超薄金属层可提高cu膜的均匀性和连续性，采用掺杂zr的in2o3薄膜可减少窗口层在近红外区域的寄生吸收，提高近红外区域的平均透过率，结合超薄金属层可进一步提高窗口层整体的电导率。

14、本发明的有益效果：

15、该方法制备的铜铟镓硒底电池用复合窗口层，不仅能有效提高其整体的电导率，而且增加底电池在近红外波段的吸收，从而提高底电池的转换效率。另外极大减少整体窗口层的厚度，有效降低生产成本，且工艺流程简单，易于对现有产线进行升级改造。

技术特征：

1.一种铜铟镓硒底电池用复合窗口层结构，其特征在于，由复合氧化物层、超薄金属层和铟锆氧化物层组成；

2.根据权利要求1所述的一种铜铟镓硒底电池用复合窗口层结构，其特征在于，所述的掺杂zr的in2o3薄膜，掺杂zr的质量比为1％～5％。

3.根据权利要求1-2任一项所述的一种铜铟镓硒底电池用复合窗口层结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的一种铜铟镓硒底电池用复合窗口层结构的制备方法，其特征在于，步骤(1)中的共溅射法的工艺参数为：溅射功率为50～150w，工作气压为0.1～1.5pa，氩气流量为30ppm，氧气流量为3ppm，zn靶溅射时间为10～15min，mg靶溅射时间为1～5min。

5.根据权利要求3所述的一种铜铟镓硒底电池用复合窗口层结构的制备方法，其特征在于，步骤(1)中的直流溅射法的工艺参数为：溅射功率为20～50w，工作气压为0.1～1pa，氩气流量为30ppm，zn靶溅射时间为1s，cu靶溅射时间为10s。

6.根据权利要求3所述的一种铜铟镓硒底电池用复合窗口层结构的制备方法，其特征在于，步骤(2)中低温无损射频溅射法的工艺参数为：溅射功率为40～60w，工作气压为0.1～2pa，氩气流量为30ppm，溅射时间为90～140min。

7.根据权利要求3所述的一种铜铟镓硒底电池用复合窗口层结构的制备方法，其特征在于，步骤(2)中退火工艺参数为：退火温度为80～120℃，退火时间为30～60min。

技术总结
本发明公开了一种铜铟镓硒底电池用复合窗口层结构及其制备方法，涉及薄膜太阳能电池技术领域。所述复合窗口层结构由复合氧化物层、超薄金属层和铟锆氧化物层组成。本发明以复合氧化物层阻挡层/超薄金属层/铟锆氧化物作为窗口层，增强了近红外光透过率，极大降低了原有窗口层的厚度。本发明有利于底电池效率的提升，从而实现高效率叠层电池的制备；能有效降低的生产成本，且工艺流程简单，易于对现有产线进行升级改造。

技术研发人员：彭寿,杨扬,李刚,姚婷婷,王天齐,金克武,彭塞奥,鲍田,刘畅,甘治平
受保护的技术使用者：中建材玻璃新材料研究院集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2025/2/24