一种可挠性高效率cigs太阳能电池结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种太阳能电池结构，尤其涉及一种可挠性高效率CIGS太阳能电池结构。
【背景技术】
[0002]太阳能电池的种类众多，而CIGS (铜铟镓砸)薄膜太阳能电池拥有高转换效率及发展潜力而受到瞩目，目前CIGS(铜铟镓砸)薄膜太阳能电池最高转换效率由美国再生能源实验室(NREL)所创造，其效率已达20%。CIGS(铜铟镓砸)薄膜太阳能电池发展至今其组件结构大致件由上电极(AL/Ni)、光窗层(ΑΖ0低阻和ZnO高阻)、缓冲层(CdS)、吸收层(CIGS)、背电极(Mo/NaMo)与基板(GLASS)所组成；传统光窗层主要是以ΑΖ0(锌铝氧化物)靶材利用真空直流磁控溅射镀膜而成。本产品的开发采用不锈钢为衬底形成可挠性的薄膜太阳能电池，不锈钢具有耐腐蚀高热稳定性等优点，同时利用ΙΖ0(金属铟锌氧化物)靶材或者95IT0 (金属铟锡氧化物)替代ΑΖ0靶材，使用磁控溅射镀膜技术来制备光窗层薄膜，从而形成新型CIGS薄膜太阳能电池结构。
[0003]透明导电薄膜(TC0)由于具有优良的光透性和导电性能，可用于CIGS薄膜太阳能电池的前电极材料和窗口层材料，比如掺铝氧化锌(ΑΖ0)等，由于ΑΖ0薄膜电阻较高，要达CIGS电池所需的电阻，一般ΑΖ0薄膜须要600-1000nm的厚度，因此一般可见光(550nm波长)光透率都小于82%，在长波长的红外光波段(800-1200nm波长)，透光度更是大幅降低(〈75%)，严重影响光的吸收及转换效率。本产品的开发利用新型ΙΖ0及95IT0薄膜替代传统ΑΖ0薄膜，进一步减小了光窗膜层厚度，不但提高了可见光和长波长光透性且也进一步提高了生产效率。
[0004]同时由于窗口层材料的改变利用低阻ΙΖ0(铟锌氧化物)或者95IT0 (金属铟锡氧化物)替代窗口层中阻值材料ΑΖ0，形成一种高透光、低电阻及耐候性良好的透明导电的薄膜结构。传统的ΑΖ0镀膜为达所需的薄膜均匀度及电性，在镀膜过程中需加热(100-300°C )，使用低阻ΙΖ0 (铟锌氧化物)或者95IT0(金属铟锡氧化物)薄膜可以在室温镀膜，薄膜的热稳定性佳，提高溅镀薄膜质量及性能，由于所需的膜层较薄(75-500nm)，大幅降低TC0薄膜对可见光与红外光的吸收，从而提高CIGS薄膜电池的转化效率。
【发明内容】
[0005]本实用新型的目的在于提供一种新型可挠性CIGS薄膜太阳能电池结构，使用不锈钢为衬底，新增阻障层，下电极采用三明治结构层，加上改变传统CIGS薄膜太阳能电池窗口层成分，形成新型可挠性薄膜电池结构，提高太阳光透过率，从而提高薄膜太阳能电池的光电转换效率，同时具有高量产性、可携式、质轻、安装便利等优点。
[0006]本实用新型薄膜电池具有多层结构，一种可挠性高效率CIGS太阳能电池结构，它包括上电极、光窗层一、光窗层二、缓冲层、主吸收层、背电极、阻障层、衬底，其特征是:太阳能电池具有八层主结构，所述衬底、阻障层、背电极(三明治结构)、主吸收层、缓冲层、光窗层二、光窗层一和上电极由下而上依次连接。
[0007]所述衬底优选不锈钢基板，背电极优选Mo/MoNa/Mo三明治结构层，阻障层优选T1、Cr或者TiN，主吸收层优选CIGS吸收层，缓冲层优选CdS缓冲层，光窗层二优选ZnO，光窗层一优选ΙΖ0层或者95IT0层，所述上电极优选Ag电极。
[0008]所述ΙΖ0层薄膜厚度为75-500nm，折射率为1.9-2.2，电阻值可降低至5x10 4 Ω cm以下(150nm厚度时)，可见光透光性可高达82 %以上。所述95IT0层薄膜厚度为75_500nm，折射率为1.9-2.1，电阻值可降低至4x10 4 Ω cm以下(150nm厚度时)，可见光透光性可高达82%以上。
[0009]所述ZnO层厚度为50-300nm，折射率为2.0-2.1。
[0010]所述CdS缓冲层的厚度为50-300nm，折射率为2.2-2.6。
[0011 ] 所述CIGS吸收层厚度在500-3000nm。
[0012]所述阻障层厚度Ti层在25-200nm、Cr层在25_200nm或者TiN层在25_200nm。
[0013]所述Mo/MoNa/Mo 三明治结构层，MoNa 层为 50_500nm，Mo 层在 50-600 nm。
[0014]本实用新型的技术效果是:所述采用不锈钢为衬底加上三明治背电极结构层达到可挠性，同时具有高量产性、可携式、质轻、安装便利等优点。所述透明导电层主要作用是在传统工艺基础上降低膜层阻值，减少膜层厚度提高产率，提高光透性能，从而提高薄膜电池的光电转换效率。
【附图说明】
[0015]图1为本实用新型可挠性CIGS薄膜太阳能电池结构。
[0016]在图中，1、上电极2、光窗层一 3、光窗层二 4、缓冲层5、主吸收层6、背电极7、阻障层、8、衬底。
【具体实施方式】
[0017]如图1所示，本实用新型可挠性薄膜电池具有多层结构，太阳能电池具有八层主结构，所述衬底8、阻障层7、背电极6、主吸收层5、缓冲层4、光窗层二 3、光窗层一 2和上电极1由下而上依次连接。所述衬底优选不锈钢基板，阻障层优选T1、Cr或者TiN，背电极优选Mo/MoNa/Mo三明治结构层，主吸收层优选CIGS吸收层，缓冲层优选CdS缓冲层，光窗层二优选ZnO，光窗层一优选ΙΖ0层或者95IT0层，所述上电极优选Ag电极。所述ΙΖ0层薄膜厚度为75-500nm，折射率为1.9-2.2，电阻值可降低至5x10 4 Ω cm以下(150nm厚度时)，可见光透光性可高达82%以上。所述95IT0层薄膜厚度为75-500nm，折射率为1.9-2.1，电阻值可降低至4x10 4 Ω cm以下(150nm厚度时)，可见光透光性可高达82%以上。所述ZnO层厚度为50-30011111，折射率为2.0-2.1。所述CdS缓冲层的厚度为50_300nm，折射率为
2.2-2.6。所述CIGS吸收层厚度在500-3000nm。所述阻障层厚度Ti层在25_200nm、Cr层在25-200nm或者TiN层在25_200nm。所述Mo/MoNa/Mo三明治结构层，MoNa层为50_500nm，Mo 层在 50-600 nm。
[0018]在镀膜前，衬底部分需要进行预处理，包括除静电、离子束轰击、加热脱气处理等。
[0019]以真空抽气系统将溅镀腔体背景压力抽至(λ 7X 10 5-0.9X 10 5 torr后，利用氩气当作工作气体，透过节流阀将通入氩气控制溅镀腔体的工作压力为5X 10 3torr，利用高纯Ti/Cr靶材(纯度99.95%)以直流电源溅镀一层25_200nm厚的Ti薄膜层或者Cr薄膜层，或者使用Ti靶材通入氮气反应形成25-200nm厚TiN薄膜层，从而完成了阻障层的镀制。
[0020]以真空抽气系统将溅镀腔体背景压力抽至0.7X 10 5-0.9X 10 5 torr后，利用氩气当作工作气体，透过节流阀将通入氩气控制溅镀腔体的工作压力为5X 10 3torr，利用高纯Mo靶材(纯度99.95%)以直流电源溅镀第一层50-600nm厚的Mo薄膜层，在Mo层之上使用MoNa合金(纯度99.95%)以直流电源溅镀50_500nm的MoNa层，最后在MoNa层之上使用Mo合金(纯度99.95%)以直流电源溅镀50-600nm的MoNa层从而完成了背电极层的镀制。[0021 ] 以高纯Cu、In、Ga、Se (纯度99.99%)四种原料利用共蒸镀技术制造一层500-3000nm厚的CIGS吸收层薄膜，共蒸镀镀膜时基板加热至350_550°C，进而完成CIGS吸收层的制作。
[0022]缓冲层的制作是以真空抽气系统将溅镀腔体背景压力抽至0.7X 10 5-0.9X 10 5torr后，利用氩气当作工作气体，透过节流阀将通入氩气控制溅镀腔体的工作压力为2-5X10 3torr，以RF电源进行溅镀制程，使用CdS靶材(纯度>99.9%)采用RF电源溅镀制作50-300nm CdS缓冲层薄膜。
[0023]光窗层的制作是以真空抽气系统将溅镀腔体背景压力抽至0.7X 10 5-0.9X 10 5torr后，利用氩气当作工作气体，透过节流阀将通入氩气控制溅镀腔体的工作压力为2-5X10 3torr，以RF电源进行溅镀制程，使用ZnO靶材(纯度99.95%)真空溅镀制得薄膜厚度50-300nm左右的透明ZnO氧化物薄膜。然后使用脉冲直流(DC)电源及ΙΖ0靶材(纯度99.95%)或者95IT0靶材(纯度99.95%)，控制溅镀腔体的工作压力为2_5 X 10 3torr镀制100-500nm厚的透明导电膜。
[0024]最后利用湿印法进行Ag电极的制作，厚度为25_75um。即完成可烧性CIGS薄膜太阳能电池的主要结构的制作。
【主权项】
1.一种可挠性高效率CIGS太阳能电池结构，它包括上电极、光窗层一、光窗层二、缓冲层、主吸收层、背电极、阻障层、衬底，其特征是:太阳能电池具有八层主结构，所述衬底、阻障层、背电极、主吸收层、缓冲层、光窗层二、光窗层一和上电极由下而上依次连接。2.根据权利要求1所述的一种可挠性高效率CIGS太阳能电池结构，其特征在于:所述衬底为不锈钢基板，阻障层选择为T1、Cr或者TiN，背电极优选Mo/MoNa/Mo三明治结构层，主吸收层优选CIGS吸收层，缓冲层优选CdS缓冲层，光窗层二优选ZnO，光窗层一优选IZ0或者95IT0层，所述上电极优选Ag电极。3.根据权利要求2所述的一种可挠性高效率CIGS太阳能电池结构，其特征在于:所述IZ0层薄膜厚度为75-500nm，折射率为1.9-2.2，电阻值降低至5x10 4QCm以下，可见光透光性高达82%以上；所述95IT0层薄膜厚度为75-500nm，折射率为1.9-2.1，电阻值降低至4x10 4Ω cm以下，可见光透光性可高达82%以上。4.根据权利要求2所述的一种可挠性高效率CIGS太阳能电池结构，其特征在于:所述ZnO层厚度为50-300nm，折射率为2.0-2.1。5.根据权利要求2所述的一种可挠性高效率CIGS太阳能电池结构，其特征在于:CdS缓冲层的厚度为50-300nm，折射率为2.2-2.6。6.根据权利要求2所述一种可挠性高效率CIGS太阳能电池结构，其特征在于:所述CIGS吸收层厚度在500-3000nm。7.根据权利要求2所述一种可挠性高效率CIGS太阳能电池结构，其特征在于:所述阻障层厚度Ti层在25-200nm、Cr层在25_200nm或者TiN层在25_200nm。8.根据权利要求2所述一种可挠性高效率CIGS太阳能电池结构，其特征在于:所述Mo/MoNa/Mo 三明治结构层，MoNa 层为 50_500nm，Mo 层在 50-600 nm。
【专利摘要】一种可挠性高效率CIGS太阳能电池结构，太阳能电池具有八层主结构，所述衬底、阻障层、背电极、主吸收层、缓冲层、光窗层二、光窗层一和上电极由下而上依次连接。本实用新型的技术效果是：以不锈钢为衬底制作一种可挠性的高效率CIGS太阳能电池，全制程采用卷对卷溅镀及卷对卷蒸镀的真空方式来生产，具有量产性高、可携式、质轻、安装便利等优点，采用氧化铟为主成分的光窗层，降低膜层阻值，提高光透性能，从而提高薄膜电池的光电转换效率。
【IPC分类】H01L31/0392, H01L31/0224, H01L31/0749
【公开号】CN205016537
【申请号】CN201520197191
【发明人】黄信二
【申请人】研创应用材料（赣州）股份有限公司
【公开日】2016年2月3日
【申请日】2015年4月3日