一种铜铟硫基薄膜太阳能电池的制备方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及一种铜铟硫基薄膜太阳能电池的制备方法，属于太阳能电池制造工艺技术领域。
【背景技术】
[0002]近年来，半导体纳米晶具有不连续的能带结构和多激子的特性，在成本方面薄膜太阳能电池比晶体硅太阳能电池具有成本优势，其中，薄膜太阳能电池以半导体薄膜为光吸收层，原料的消耗少、价格低，利于降低成本，因此薄膜太阳能电池成为主要研发方向。CuInS2属于1-1I1-VI系三元化合物，其禁带宽度在1.3-1.7ev之间，接近太阳能电池的理论最佳禁带宽度，且禁带宽度对温度的变化不敏感，光吸收系数达lOYm—1。另外，它的稳定性高，户外光照7年无明显变化，抗辐射能力强，适合于用作空间飞行器的电池材料。当CuInS2化合物成分偏离化学剂量比时就会产生点缺陷，如空位、间隙和位错的种类达12种，这些点缺陷会在禁带中产生新能级。另外，CuInS2允许成分偏离化学计量比范围较宽，其中，单结Cu InS2同质结太阳电池的理论转换效率最高可达3 2%。
[0003]目前，现有的CuInS2薄膜太阳电池的构成包括CuInS2、CdS、ZnO，其结构依次为:CuInS2/CdS/ZnO，或者其构成包括 &111^2、(:111、2110，其结构依次为:(:1111132/(:111/2110。由于不同层之间的接触电阻较大，导致各个层之间的串联电阻增大，影响太阳能电池的光吸收效率。
【发明内容】
[0004]针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种铜铟硫基薄膜太阳能电池的制备方法，该方法制备的太阳电池内的串联电阻小，能提高电池的吸收效率。
[0005]为达到上述目的，本发明采用如下技术方案:
一种铜铟硫基薄膜太阳能电池的制备方法，所述薄膜太阳能电池结构自下至上依次为:衬底/T1-TiN-Mo 背电极/Cm—xNaxInS2/CuInS2/CUl—xAgxInS2 吸收层/CcU—xZnxS 阻挡层/1-ZnO/Al: ZnO窗口层/Al (Ni)前电极，该方法具有以下工艺步骤:
(1).衬底清洗及预处理:依次采用丙酮、乙醇和去离子水对衬底各超声清洗15min，再采用Ar等离子体对衬底进行刻蚀；
(2).在衬底上制备Ti/TiN/Mo背电极:采用磁控溅射法在衬底上依次制备Ti/TiN/Mo背电极的底层Ti薄膜、TiN薄膜、Mo薄膜，制成Ti/TiN/Mo背电极；
(3).在Ti/TiN/Mo 背电极上制备 Cm—xNaxInS2/CuInS2/CUl—xAgxInS2 吸收层:
首先使用布里奇曼法分别制备Cu1-XNaxInS2XuInS2和Cm-xAgxInS2多晶硅锭，粉碎后，分别称取Ig放入钨舟中作蒸发源;接着采用常规真空热蒸发法在Ti/TiN/Mo背电极上依次淀积Cui—xNaxInS2薄膜、CuInS2薄膜，其中，Cui—xNaxInS2薄膜厚度为50_100nm，CuInS2薄膜厚度为2-3um，然后将淀积后的CUl-xNaxInS2/CuInS2薄膜放入在含硫气氛下的退火设备中进行退火，形成Cui—xNaxInS2/CuInS2复合薄膜，采用溴甲醇溶液对Cui—xNaxInS2/CuInS2复合薄膜腐蚀；采用常规真空热蒸发法在腐蚀后的CUl-xNaxInS2/CuInS2复合薄膜上沉积Cu1-xAgxInS2薄膜层，然后将淀积后的Cui—xNaxInS2/CuInS2/Cui—xAgxInS2放入退火设备中进行退火，再采用溴甲醇溶液腐蚀，形成Cui—xNaxInS2/CuInS2/Cui—xAgxInS2吸收层；
(4).在吸收层上制备CcU-xZnxS阻挡层:以醋酸镉，醋酸锌，醋酸铵和氨水溶液为原料，采用化学沉积法在Cm—xNaxInS2/CuInS2/Cm—xAgxInS2吸收层上沉积Cd1-xZnxS薄膜作为阻挡层；
(5).在Cd1-xZnxS阻挡层上依次淀积1-ZnO薄膜、Al:ZnO薄膜，制成1-ZnO/ΑΙ:ZnO窗口层:采用磁控派射法在阻挡层上依次淀积1-ZnO薄膜、Al: ZnO薄膜，形成1-ZnO/ΑΙ: ZnO窗口层，其中，1-ZnO薄膜厚度为10-50nm，Al:Zn0薄膜厚度为500-700nm;
(6).在1-ZnO/ΑΙ:ZnO窗口层上制备前电极:采用真空热蒸法在i_Zn0/Al: ZnO窗口层上蒸镀Al(Ni)前电极，再放入真空退火设备中进行真空退火，退火温度300?450°C，退火时间60?120分钟，最终获得铜铟硫基薄膜太阳能电池。
[0006]与现有技术相比较，本发明具有如下突出的优点:
1.本发明的方法制备的铜铟硫基薄膜太阳能电池，由于该电池的背电极的与玻璃衬底及吸收层薄膜之间粘接的粘附性强，不易剥落，能提高了电学连接的稳定性和器件的可靠性，而且各层之间的串联电阻小，能提尚光电能量转换效率。
[0007]2.本发明的方法制备的铜铟硫基薄膜太阳能电池中，采用溴甲醇溶液去除Cm-xNaxInS2/CuInS2/Cm—xAgxInS2复合薄膜表面的CuxS相和AgxS相，甲醇溶液取代了有毒的氰化物腐蚀剂，优化了生产环境，而且复合薄膜表面更加致密，光吸收效率更高。
【附图说明】
[0008]图1是本发明结构的示意图。
[0009]图2(a)是本发明的方法在真空蒸镀时，衬底倾斜角为0°的CuInS2的SEM图谱。
[0010]图2(b)是本发明的方法在真空蒸镀中，衬底倾斜角为40°的CuInS2的SEM图谱。
[0011]图2(c)是本发明的方法在真空蒸镀中，衬底倾斜角为60°的CuInS2的SEM图谱。
[0012]图3(a)是未经退火处理，衬底倾斜角度分别为0°、40°和60°的CuInS2薄膜的Raman图谱。
[0013]图3(b)是经400°C温度退火处理后，衬底倾斜角度分别为0°、40°和60°的CuInS2薄膜的Raman图谱。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图1对本发明进一步详细说明。
[0015]如图1所示，一种铜铟硫基薄膜太阳能电池结构，I为衬底，2为Ti/TiN/Mo背电极，3为Cm—xNaxInS2/CuInS2/Cm—xAgxInS2吸收层，4为Cd1-xZnxS阻挡层，5为1-ZnO/Al: ZnO窗 P 层，6为Al(Ni)前电极。
[0016]本发明的优选实施例，一种多层级联铜铟硫基太阳能电池的制备方法，该方法具有以下工艺步骤:
(I).衬底I清洗及预处理:选用玻璃片作为衬底，将衬底切割为1.5cm X 2cm;依次采用去丙酮、乙醇和离子水对衬底各超声清洗15min，再采用高纯氮气吹干，然后采用Ar等离子体对衬底进行刻蚀清洗，Ar等离子设备电压为720V、电流为25mA，刻蚀时间为30min。
[0017](2).在衬底上I上制备Ti/TiN/Mo背电极2:首先启动磁控溅射设备，安装靶材为Ti靶，溅射气压为0.5pa、直流溅射功率为160W，溅射时间15min，在衬底上I上形成底层Ti薄膜;然后更换靶材为TiN靶，调整衬底I倾斜角为45°，溅射气压为0.5pa、直流溅射功率为160W，溅射时间1min溅射，在Ti薄膜形成TiN薄膜；最后更换靶材为Mo靶，溅射气压为0.5Pa，溅射功率60W，溅射时间1min在TiN薄膜形成Mo薄膜，制备成Ti/TiN/Mo背电极2;
(3).在 Ti/TiN/Mo 背电极 2 上制备 Cm—xNaxInS2/CuInS2/Cm—xAgxInS2 吸收层 3:
(3-1).通过布里奇曼法分别依次制备Cu1-xNaxInS2、CuInS2、Cu1-xAgxInS铜铟硫粉未，分别依次称取重量为Ig的CmiNaxInS2、CuInS2、Cm-xAgxInS2铜铟硫粉未作为蒸发源放入真空蒸镀设备中的钨舟中，所述的真空蒸镀设备，工作气压为3X10—6Torr,