专利名称：纳米结构柔性薄膜太阳电池制备方法
技术领域：
本发明属于太阳电池制造技术领域，特别是涉及一种纳米结构柔性薄膜太阳电池制备方法。
背景技术：
太阳电池是将太阳能转化为电能的装置。在传统太阳能电池中，硅吸收光并产生自由电子，这些电子必须在受困于材料的缺陷或杂质前到达电路。这就要求使用极为纯净、 昂贵的晶体硅来制造高效光伏装置。经过检索发现申请号为200910080138. 6，公开号为CN1403379A，名称为硅基纳米柱阵列异质结薄膜太阳能电池及其制备方法的发明专利，其说明书中公开了硅基纳米柱阵列异质结薄膜太阳能电池，在下接触电极与上接触电极之间依次为硅纳米柱阵列、本征非晶硅层、N型非晶硅层以及透明导电薄膜层。该结构是将下接触电极上的硅衬底腐蚀出部分纳米柱，再在纳米柱上依次沉积本征非晶硅层和N型非晶硅层形成异质结。该电池与传统太阳能电池相比，具有电池转化效率高、成本低的有点，但该电池无法折叠，难以用于一些需要弯曲的特殊的场合。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足之处，提供一种纳米结构柔性薄膜太阳电池制备方法，该方法制成的太阳电池具有光电转换效率高、制造成本低的同时，还具有电池板可卷曲等特点。本发明薄膜太阳电池采用如下技术方案纳米结构柔性薄膜太阳电池制备方法，选用孔密度为IO8-IOicWK孔径为5-200nm 的通孔柔性铝箔作为纳米孔膜，其特征在于包括以下制备过程①将纳米孔膜粘贴在柔性铝箔衬底上；②在纳米孔膜中生成纳米柱将①中的纳米孔膜为阳极，以钼片为辅助电极，电解液为 0. 001-0. OlM 的(CH3COO)2Cd，0. 01-0. IM 的 SC(NH2)2，0. 003-0. 03M 的 CH3COONH4 的混合溶液，以氨水调节PH范围在10. 5 11之间，电流密度0. 5 1. 5mA/cm2，将电解槽置于 70 80°C的恒温水浴中，沉积15 30min，在纳米孔膜的孔中生长出CdS层作为纳米柱； 或将①中的纳米孔膜为阳极，以钼片为辅助电极，电解液为0. 05!1101//1的&1(而3)2溶液，电流密度0. 1 1. OmA/cm2，将电解槽置于60 70°C的恒温水浴中，沉积30 60min，在纳米孔膜的孔中生长出ZnO层作为纳米柱ZnO层作为纳米柱；③在生成纳米柱的纳米孔膜上生成CIGS吸收层将②中生有纳米柱的纳米孔膜置入蒸发室，温度升至250-300°C时，蒸发In、Ga和％的时间为0. 1-5小时，形成 (Ina7Giia3)2Si53预置层；继续升温至400-450°C，蒸发Cu、SeO. 1_5小时，形成的薄膜微富Cu ； 保温0. 1-1小时后，降低蒸发室温度至250-300°C，继续蒸发In、Ga、Se的时间为0. 1-5小时，生成1. 5 2 μ厚的CuIna7GEia3Si52薄膜作为ρ型CIGS吸收层；
④在CIGS吸收层上沉积顶电极层将透明导电材料氧化铟锡ITO或铝掺杂氧化锌 aiO:Al作为顶电极层通过磁控溅射沉积在P型CIGS吸收层上，即制成纳米结构柔性薄膜太阳电池。而且所述①中衬底的厚度为25 50 μ m。而且所述②中生成的纳米柱厚度为50 70nm。而且所述③中生成的CIGS吸收层总厚度为1. 5 2μπι。而且所述④中顶电极层的厚度为300 600nm。本发明具有的优点和积极效果1、本发明采用的η型纳米柱部分生长于纳米孔膜中，部分位于纳米孔膜的上面；ρ 型CIGS吸收层部分生长在纳米孔膜上面的纳米柱之间和纳米柱上面，形成太阳电池的ρη 结的立柱结构，更加利于光生载流子传输，减少复合的几率，进而增加太阳电池光电转换效率，同时在满足太阳能电池板可卷曲的前提下，降低了电池的制造成本。2、本发明采用P型层CIGS吸收层材料采用低温工艺制备，不会对纳米孔膜上面的纳米柱造成破坏，纳米材料与吸收层材料可以更好的融合，使得ρη结发挥极佳的作用，进一步提高太阳电池的重量比功率。
图1是本发明的纳米结构柔性薄膜太阳电池制备方法结构示意图；其中，1-柔性铝箔衬底，2-纳米孔膜，3-η型纳米柱，4_ρ型CIGS吸收层，5_顶电极层。
具体实施例方式下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。纳米结构柔性薄膜太阳电池制备方法，选用孔密度为IO8-IOicWk孔径为5-200nm 的通孔柔性铝箔作为纳米孔膜。本发明的创新点是①将纳米孔膜粘贴在柔性铝箔衬底上；②在纳米孔膜中生成纳米柱将①中的纳米孔膜为阳极，以钼片为辅助电极，电解液为 0. 001-0. OlM 的(CH3COO)2Cd，0. 01-0. IM 的 SC(NH2)2，0. 003-0. 03M 的 CH3COONH4 的混合溶液，以氨水调节PH范围在10. 5 11之间，电流密度0. 5 1. 5mA/cm2，将电解槽置于 70 80°C的恒温水浴中，沉积15 30min，在纳米孔膜的孔中生长出CdS层作为纳米柱； 或将①中的纳米孔膜为阳极，以钼片为辅助电极，电解液为0. 05!1101//1的&1(而3)2溶液，电流密度0. 1 1. OmA/cm2，将电解槽置于60 70°C的恒温水浴中，沉积30 60min，在纳米孔膜的孔中生长出ZnO层作为纳米柱ZnO层作为纳米柱；③在生成纳米柱的纳米孔膜上生成CIGS吸收层将②中生有纳米柱的纳米孔膜置入蒸发室，温度升至250-300°C时，蒸发In、Ga和％的时间为0. 1-5小时，形成 (Ina7Giia3)2Si53预置层；继续升温至400-450°C，蒸发Cu、SeO. 1_5小时，形成的薄膜微富Cu ； 保温0. 1-1小时后，降低蒸发室温度至250-300°C，继续蒸发In、Ga、Se的时间为0. 1-5小时，生成1. 5 2 μ厚的CuIna7GEia3Si52薄膜作为ρ型CIGS吸收层；④在CIGS吸收层上沉积顶电极层将透明导电材料氧化铟锡ITO或铝掺杂氧化锌 aiO:Al作为顶电极层通过磁控溅射沉积在P型CIGS吸收层上，即制成纳米结构柔性薄膜太阳电池。所述①中衬底的厚度为25 50 μ m ；所述②中生成的纳米柱厚度为50 70nm ；所述③中生成的CIGS吸收层总厚度为1. 5 2 μ m ；所述④中顶电极层的厚度为300 600nm。实施例1:参照附图1。1.纳米孔膜的制作在厚度为25 50 μ m的柔性铝箔上用丙酮除去表面油脂，用NaoH除去氧化膜， 然后将其置于70°C的抛光液中，施加IOV电压进行电化学抛光约5min，抛光液的组成为磷酸硫酸甘油(v/v/v) = 115 0.5 85 ；采用3% (wt) H3PO4为电解液，在60V电压下进行一次阳极氧化15min，用15% (wt)磷酸和5% (wt)铬酸的混合溶液在60°C除膜至表面露出铝基体，然后进行二次氧化和除膜，条件与第一次相同；得到孔密度IO8-IOicWk孔径为5-200nm的通孔柔性铝箔作为纳米孔膜，将纳米孔膜粘贴在柔性铝箔衬底。2.纳米柱的生成以纳米孔膜为阳极，以钼片为辅助电极，电解液为0. OOlM的(CH3COO) 2Cd，0. OlM的 SC (NH2)25O. 003M的CH3COONH4的混合溶液250ml，以氨水调节PH范围在10. 5 11之间，电流密度0. 5 1. 5mA/cm2，将电解槽置于70 80°C的恒温水浴中，沉积15 30min，在纳米孔膜的孔中生长出厚度50 70nm的CdS层作为纳米柱；3. CIGS吸收层的生成在生长有纳米柱的纳米孔膜上制备ρ型CIGS吸收层先将衬底置入蒸发室，温度升至250-300°C时，蒸发Irufei和Se的时间为0. 1-5小时，形成(1% 76知3) ^a3预置层；继续升温至400-450°C，蒸发Cu、SeO. 1-5小时，形成薄膜稍微富Cu ；保温0. 1-1小时后，降低蒸发室温度至250-300°C，继续蒸发In、Ga、Se的时间为0. 1-5小时，直至得到1. 5 2μ 厚的CuIna7Giia3Si52薄膜，即生成生长在纳米柱上厚度为1. 5 2 μ m的ρ型CIGS吸收层。4.厚度为300 600nm透明导电材料氧化铟锡ITO或铝掺杂氧化锌SiO: Al作为顶电极层通过磁控溅射沉积在P型CIGS吸收层上，即制成纳米结构柔性薄膜太阳电池制备方法。实施例2:参照附图1。1.纳米孔膜的制作在厚度为25 50 μ m的柔性铝箔上用丙酮除去表面油脂，用NaoH除去氧化膜， 然后将其置于70°C的抛光液中，施加IOV电压进行电化学抛光约5min，抛光液的组成为磷酸硫酸甘油(v/v/v) = 115 0.5 85 ；采用3% (wt) H3PO4为电解液，在60V电压下进行一次阳极氧化15min，用15% (wt)磷酸和5% (wt)铬酸的混合溶液在60°C除膜至表面露出铝基体，然后进行二次氧化和除膜，条件与第一次相同；得到孔密度IO8-IOicWk孔径为5-200nm的通孔柔性铝箔作为纳米孔膜，将纳米孔膜粘贴在柔性铝箔衬底。2.纳米柱的生成以纳米孔膜为阳极，以钼片为辅助电极，电解液为0. 05!1101//1的&1(而3)2溶液，电流密度0. 1 1. OmA/cm2，将电解槽置于60 70°C的恒温水浴中，沉积30 60min，在纳米孔膜的孔中生长出厚度50 70nm的ZnO层作为纳米柱。3. CIGS吸收层的生成在生长有纳米柱的纳米孔膜上制备ρ型CIGS吸收层先将衬底置入蒸发室，温度升至250-300°C时，蒸发Irufei和Se的时间为0. 1-5小时，形成(In0.7Ga0.3) 2Se3预置层；继续升温至400-450°C，蒸发Cu、SeO. 1-5小时，形成薄膜稍微富Cu ；保温0. 1-1小时后，降低蒸发室温度至250-300°C，继续蒸发In、Ga、Se的时间为0. 1-5小时，直至得到1. 5 2μ 厚的CuIna7Giia3Si52薄膜，即生成生长在纳米柱上厚度为1. 5 2 μ m的ρ型CIGS吸收层。4.厚度为300 600nm透明导电材料氧化铟锡ITO或铝掺杂氧化锌SiO: Al作为顶电极层通过磁控溅射沉积在P型CIGS吸收层上，即制成纳米结构柔性薄膜太阳电池制备方法。纳米结构太阳电池适用于铜铟硒族(包括铜铟硒、铜镓硒、铜铝硒、铜铟镓硒、铜铟硫)太阳电池，碲化镉太阳电池，硫化铜太阳电池或硫化镉太阳电池。
权利要求
1.纳米结构柔性薄膜太阳电池制备方法，选用孔密度为Io8-Ioic1nmJWSSsjoonmm 通孔柔性铝箔作为纳米孔膜，其特征在于包括以下制备过程①将纳米孔膜粘贴在柔性铝箔衬底上；②在纳米孔膜中生成纳米柱将①中的纳米孔膜为阳极，以钼片为辅助电极，电解液为 0. 001-0. OlM 的(CH3COO)2CdjO. 01-0. IM 的 SC(NH2)2，0. 003-0. 03M 的 CH3COONH4 的混合溶液，以氨水调节PH范围在10. 5 11之间，电流密度0. 5 1. 5mA/cm2，将电解槽置于70 80°C的恒温水浴中，沉积15 30min，在纳米孔膜的孔中生长出CdS层作为纳米柱；或将① 中的纳米孔膜为阳极，以钼片为辅助电极，电解液为0. 05!1101//1的&1(而3)2溶液，电流密度 0. 1 1. OmA/cm2，将电解槽置于60 70°C的恒温水浴中，沉积30 60min，在纳米孔膜的孔中生长出ZnO层作为纳米柱ZnO层作为η型纳米柱；③在生成纳米柱的纳米孔膜上生成CIGS吸收层将②中生有纳米柱的纳米孔膜置入蒸发室，温度升至250-300°C时，蒸发Irufei和Se的时间为0. 1-5小时，形成(In07Ga03)2Se3 预置层；继续升温至400-450°C，蒸发Cu、SeO. 1-5小时，形成的薄膜微富Cu ；保温0. 1-1小时后，降低蒸发室温度至250-300°C，继续蒸发h、Ga、k的时间为0. 1-5小时，生成1. 5 2 μ厚的CuIn0.7Ga0.3Se2薄膜作为ρ型CIGS吸收层；④在CIGS吸收层上沉积顶电极层将透明导电材料氧化铟锡ITO或铝掺杂氧化锌 &ιΟ:Α1作为顶电极层通过磁控溅射沉积在ρ型CIGS吸收层上，即制成纳米结构柔性薄膜太阳电池。
2.根据权利要求1所述的纳米结构柔性薄膜太阳电池制备方法，其特征在于所述① 中衬底的厚度为25 50 μ m。
3.根据权利要求1所述的纳米结构柔性薄膜太阳电池制备方法，其特征在于所述② 中生成的纳米柱厚度为50 70nm。
4.根据权利要求1所述的纳米结构柔性薄膜太阳电池制备方法，其特征在于所述③ 中生成的CIGS吸收层总厚度为1. 5 2 μ m。
5.根据权利要求1所述的纳米结构柔性薄膜太阳电池制备方法，其特征在于所述④ 中顶电极层的厚度为300 600nm。
全文摘要
本发明涉及一种纳米结构柔性薄膜太阳电池制备方法，包括以下制备过程①将纳米孔膜粘贴在柔性铝箔衬底上；②在纳米孔膜中生成纳米柱③在生成纳米柱的纳米孔膜上生成CIGS吸收层；④在CIGS吸收层上沉积顶电极层。本发明的采用n型纳米柱部分生长于纳米孔膜中，部分位于纳米孔膜的上面；p型CIGS吸收层部分生长在纳米孔膜上面的纳米柱上面和纳米柱之间，形成太阳电池的pn结的立柱结构，更加利于光生载流子传输，减少复合的几率，进而增加太阳电池光电转换效率，同时在满足太阳能电池板可卷曲的前提下，降低了电池的制造成本。
文档编号H01L31/0352GK102479869SQ20101055929
公开日2012年5月30日 申请日期2010年11月25日 优先权日2010年11月25日
发明者冯金晖, 刘兴江, 李巍, 李微, 杨立, 赵彦民, 闫礼 申请人:中国电子科技集团公司第十八研究所