一种cigs基薄膜太阳能电池及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及薄膜太阳能电池技术领域，更具体的，本发明提供一种CIGS基薄膜太阳能电池及其制备方法。
【背景技术】
[0002]随着全球气候变暖、生态环境恶化和常规能源的短缺，越来越多的国家开始大力发展太阳能利用技术。太阳能光伏发电是零排放的清洁能源，具有安全可靠、无噪音、无污染、资源取之不尽、建设周期短、使用寿命长等优势，因而备受关注。铜铟镓砸(CIGS)是一种直接带隙的P型半导体材料，其吸收系数高达105/cm，2um厚的铜铟镓砸薄膜就可吸收90%以上的太阳光。CIGS薄膜的带隙从1.04eV到1.67eV范围内连续可调，可实现与太阳光谱的最佳匹配。铜铟镓砸薄膜太阳电池作为新一代的薄膜电池具有成本低、性能稳定、抗辐射能力强、弱光也能发电等优点，其转换效率在薄膜太阳能电池中是最高的，已超过20%的转化率，因此日本、德国、美国等国家都投入巨资进行研究和产业化。
[0003]太阳能在环境上是清洁的并且从某种角度上已经成功，但是，在使其进入普通百姓的家庭之前，仍有许多问题有待解决。例如，单晶硅太阳能电池能够将光能转化为电能，然而，单晶硅材料是比较昂贵的。在使用薄膜技术制造太阳能电池时，也存在一些问题，如薄膜的可靠性较差，并且在传统的环境应用中不能长时间使用，薄膜难以彼此有效的结合在一起等。
[0004]—般的CIGS基薄膜太阳能电池的基本构造是通过被称为Pl刻划形成的分割槽来分割沉积在基板上的背电极层，进而通过被称为P2刻划以及P3刻划形成的分割槽来分割在背电极层上制膜的CIGS基光吸收层、缓冲层以及透明导电窗口层，从而串联连接多个电池单元而成的太阳能电池组件。
[0005]在制作CIGS基薄膜太阳电池的过程中，当采用对溅射沉积的金属预制层经砸化热处理或者先砸化后硫化热处理形成光吸收层，或者采用共蒸发法形成铜铟镓砸或铜铟镓砸硫光吸收层，由于砸的扩散反应，在背电极层与光吸收层之间都会附带形成MoSe2薄膜层。由于形成的MoSeJ^膜层的厚度较薄且其电阻率不够大，在CIGS基薄膜太阳能电池中，在基于Pl分割的相邻的背电极层间，与经由光吸收层形成分路，由于受流过该分路的泄漏电流的影响，太阳能电池的转换效率会降低。为解决上述问题，传统的做法是通过加大Pl刻划线的宽度，使得相邻的背电极层间的距离增加，以此来降低分路中的泄漏电流。
[0006]然而，通过加大Pl刻划线的宽度，使得相邻的背电极层间的距离增加，以此来降低分路中的泄漏电流的方法将使电池的发电面积减小，结果将导致转换效率的降低。
【发明内容】
[0007]本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于不用加大Pl刻划线的宽度就可降低泄漏电流，提高CIGS基薄膜太阳能电池的转换效率。
[0008]为了达成上述目的，本发明提供了一种用于形成CIGS基薄膜太阳能电池的方法，其特征在于，所述方法依次包括:提供一基板；形成覆盖所述基板的背电极层；接着进行Pl刻划；接着采用真空沉积法形成覆盖所述背电极层的MoSx(0〈x彡2)或Mc^S1 xSex)y(0〈x〈l，0〈y 彡 2)薄膜层；形成覆盖所述MoSx (0〈x 彡 2)或 Mo (S1 xSex) y (0<x<l, 0<y ^ 2)薄膜层的光吸收层；形成覆盖所述光吸收层的缓冲层；形成覆盖所述缓冲层的具有高电阻率的氧化锌膜层，所述具有高电阻率的氧化锌膜层为本征氧化锌膜层、具有高电阻率的掺杂氧化锌膜层或它们的组合；所述具有高电阻率的掺杂氧化锌膜层电阻率不小于0.0SQcm,同时不大于95Qcm。；接着进行P2刻划；形成覆盖所述具有高电阻率的氧化锌膜层的透明导电窗口层；最后进行P3刻划，以便形成由多个单元电池串联而成的电池组件。
[0009]所述Pl刻划是指通过使用激光对沉积有背电极层的基板进行刻划，使通过以细线形式去除背电极层的一部分来进行构图(形成图案I)的第一构图步骤；所述P2刻划是指通过使用刻针或激光对沉积完本征氧化锌膜层的基板进行刻划，通过以第一构图步骤中形成的图案为参考位置偏移规定量，以细线形式去除具有高电阻率的氧化锌膜层、缓冲层和光吸收层的一部分以露出背电极层来进行构图(形成图案2)的第二构图步骤；所述P3刻划是指通过使用刻针或激光对沉积完透明导电窗口层的基板进行刻划，通过以第一构图步骤或第二构图步骤中形成的图案为参考位置偏移规定量，以细线形式去除光吸收层、缓冲层、具有高电阻率的氧化锌膜层和透明导电窗口层的一部分来进行构图(形成图案3)的第三构图步骤。
[0010]在本发明中，所述基板优选为玻璃基板、聚酰亚胺板、铝薄板或不锈钢板；所述背电极层优选为Mo层、Ti层、Cr层、Cu层或AZO层；所述光吸收层优选为铜铟镓砸、铜铟镓砸硫、铜铟铝砸、铜铟铝砸硫、铜铟砸硫或铜铟砸；所述缓冲层优选为硫化镉、氧化锌、硫化锌、砸化锌、硫砸化锌、硫化铟、砸化铟、硫砸化铟或锌镁氧化物中的一种或两种以上；所述透明导电窗口层优选为氧化铟掺杂锡、氧化锌掺杂硼、氧化锌掺杂铝、氧化锌掺杂镓、氧化锌掺杂铟、氧化锡掺杂氟、氧化锡掺杂碘、氧化锡掺杂锑中的一种或两种以上透明导电氧化物膜层，或者为金属基透明导电膜层。
[0011]所述的MoSx(0〈x彡2)或MO(SlxSex)y(0〈X〈l，0〈y彡2)薄膜层的厚度不超过150nm，优选的其厚度不超过lOOnm，更优选的其厚度不超过80nm。
[0012]本发明优选使用磁控溅射沉积背电极层；优选使用磁控溅射后砸化、四源共蒸发工艺、反应溅射沉积或直接磁控溅射沉积等工艺制备光吸收层；使用化学水浴法、溅射法或者MOCVD法等工艺沉积缓冲层；使用磁控溅射法或MOCVD法等工艺沉积具有高电阻率的氧化锌膜层；使用磁控溅射法、CVD法或者真空蒸镀法等工艺沉积透明导电窗口层。
[0013]在基板和背电极层之间可插入一层阻挡层，所述阻挡层优选采用磁控溅射或蒸镀法沉积；在P3刻划完毕后在透明导电窗口层上可形成减反射层，所述减反射层优选采用磁控溅射或蒸镀法沉积。
[0014]所述阻挡层选自氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氮化钛、氧化钛、氮氧化钛、氮氧化锆、氧化锆、氮化锆、氮化铝、氧化铝、氧化硅铝、氮化硅铝、氮氧化硅铝、锌锡氧化物或它们的混合物组成；所述阻挡层或由硅、锆和钛中的至少一种元素与钼组成的至少两种元素的氧化物、氮化物或氮氧化物组成；当基板为玻璃基板时，所述阻挡层可由一含有L1、K中至少一种元素的碱过滤层替代，该碱过滤层包含L1、K中的至少一种元素和S1、Al、O三种元素。
[0015]所述减反射层为氟化镁膜层，或所述减反射层由折射率大于1.80的第一材料层，以及覆盖该第一材料层的折射率小于1.70的第二材料层组成。
[0016]所述具有高电阻率的掺杂氧化锌膜层电阻率不小于0.09 Ω cm，同时不大于94 Ω cm0
[0017]本发明的一种用于形成CIGS基薄膜太阳能电池的方法，其特征在于，所述方法依次包括:提供一玻璃基板；采用磁控溅射法在玻璃基板上沉积背电极层；采用激光对所述背电极层进行Pl刻划；采用磁控溅射法在有刻划图案的背电极层上沉积MoSx(0〈x ( 2)或MWS1 xSex)y(0<x<l, 0<y彡2)薄膜层；采用磁控溅射法在MoSx (0〈x彡2)或MWS1 xSex)y(0<x<l,0<y ( 2)薄膜层上沉积金属预制层；接着将包含有上述膜层的基板进行砸化热处理或者先砸化后硫化热处理，从而形成光吸收层；接着采用水浴法在光吸收层上沉积缓冲层；接着采用磁控溅射法在缓冲层上沉积本征氧化锌膜层；接着采用金属刻针进行P2刻划；接着采用磁控溅射法在本征氧化锌膜层上沉积透明导电窗口层；最后采用金属刻针进行P3刻划，以便形成由多个单元电池串联而成的电池组件。
[0018]所述的金属预制层为Cu-1n-Ga预制层或Cu-1n预制层；所述金属预制层中也可含有少量的砸。
[0019]在玻璃基板和背电极层之间可插入一层阻挡层，所述阻挡层采用磁控溅射或蒸镀法沉积；在P3刻划完毕后在透明导电窗口层上可形成减反射层，所述减反射层采用磁控溅射或蒸镀法沉积；在？2刻划完毕后，可在本征氧化锌膜层与透明导电窗口层之间沉积一层具有高电阻率的掺杂氧化锌膜层，所述具有高电阻率的掺杂氧化锌膜层电阻率不小于0.08 Ω cm，同时不大于95 Ω cm，所述具有高电阻率的掺杂氧化锌膜层可采用化学气相沉积、真空磁控溅射沉积或金属有机化学气相沉积。
[0020]与现有技术相比本发明具有以下优点:
[0021]本发明通过在Pl刻划完毕后，在背电极层上沉积一层MoSx (0<x彡2)或Mo (S1 xSex)y(0<x<l, 0〈y彡2)薄膜层，可降低泄漏电流，提高CIGS基薄膜太阳能电池的转换效率。因此，不用加大Pl