专利名称：一种薄膜太阳能电池及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种薄膜太阳能电池及其制备方法。
背景技术：
太阳能电池可直接将太阳能转变成电能。大规模的太阳能发电，近期可解决无电地区特别是偏远山区的能源问题以及野外活动、野外作业等特殊场合的需求。从长远看，如果太阳能电池能大量推广应用，不但可达到绿色环保的目的，而且会逐步改变传统的能源结构，对缓解日常生活中能源紧张、改善生态环境具有重大意义。
目前技术上成熟、市场上占主导地位的太阳能电池是硅基太阳能电池，其中晶体硅太阳能电池由于其昂贵的生产成本和复杂的制备工艺是大力推广的主要故障；非晶硅薄膜太阳能电池虽然在成本和工艺上比前者有优势，但由于材料固有的亚稳态和多缺陷的特性造成电池的稳定性较低，大面积光电转换效率难以进一步提高。
发明内容
本发明的目的是克服硅基太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池的缺点，提供一种成本低、制备方法简单、稳定性好、对太阳光谱的吸收利用率和光电转换效率高的薄膜太阳能电池及其制备方法。
本发明的薄膜太阳能电池依次由衬底、电极、p型铜铟硒层、n型硫化镉层、p型多晶硅层、n型多晶硅层和电极叠层构成。
上述铜铟硒层可缩写成CIS层，硫化镉层可缩写成CdS层。
本发明薄膜太阳能电池的制备方法依下列步骤进行(1)采用磁控溅射加真空硒化退火方法在衬底上制备p型铜铟硒(CIS)膜；(2)用真空蒸发方法在p型铜铟硒(CIS)膜上生长n型硫化镉(CdS)层形成铜铟硒/硫化镉(CIS/CdS)复合结构；(3)在铜铟硒/硫化镉(CIS/CdS)复合结构上采用PCVD工艺和金属诱导固相晶化方法制备p型多晶硅层、n型多晶硅层；(4)形成多晶硅一铜铟硒叠层复合结构的薄膜太阳能电池。
为了解决好硫化镉(CdS)层与多晶硅层的结合问题，在上述步骤(2)与(3)之间，在硫化镉(CdS)层上先用真空热蒸发法镀上一层纳米层厚的铝，这样一方面解决了硫化镉(CdS)层与多晶硅层的边界面结合问题，同时铝层又作为多晶硅金属诱导固相晶化的诱导金属。
多晶硅薄膜是由许多大小不等、具有不同晶面取向的小晶粒所构成。高质量的半导体多晶硅薄膜的许多性能参数是集晶体硅材料和非晶硅氢合金薄膜材料的优点于一体。其在长波段具有高光敏性、对可见光能有效吸收，又具有与晶体硅一样的光照稳定性，被认为是一种高效、低耗的理想的太阳能电池材料。另一方面，大晶粒的多晶硅薄膜具有与晶体硅相比拟的高迁移率。理论计算表明，a-Si/Poly-Si叠层太阳电池效率可达28％。目前，Kaneka公司设计的STAR结构多晶硅太阳电池，效率已达10.7％，且没有非晶硅所固有的光致衰减现象。而另一种SOI结构的多晶硅太阳电池获得了高达14.22％的效率。H.Morikawa更是在实验室制造了效率高达16％的多晶硅太阳电池样品。
另一方面铜铟硒(CIS)是一种I-III-VI族三元化合物半导体材料，它与硫化镉(CdS)构成的异质结薄膜太阳能电池是从20世纪80年代初发展起来的多晶薄膜电池，具有廉价、高效、近于单晶硅太阳电池的稳定性和较强的空间抗辐射性能，从效率来看，到2000年电池的效率达到了18.8％。
本发明与现有的太阳能电池相比，由于它结合了多晶硅电池和铜铟硒电池的优点，因此具有如下优点1、提高对太阳光谱的吸收利用率；2、采用叠层结构，提高光电转换效率；3、采用廉价衬底材料和低成本的薄膜材料，降低太阳电池的造价，便于推广应用。
图1为本发明薄膜太阳能电池层断结构示意图。
具体实施例方式
本发明的薄膜太阳能电池依次由衬底1、电极201、p型铜铟硒(CIS)层3、n型硫化镉(CdS)层4、p型多晶硅层6、n型多晶硅层7和电极202叠层构成。
本发明薄膜太阳能电池的制备方法依下列步骤进行(1)采用磁控溅射加真空硒化退火方法在衬底上制备p型铜铟硒(CIS)膜；(2)用真空蒸发方法在p型铜铟硒(CIS)膜上生长n型硫化镉(CdS)层形成铜铟硒/硫化镉(CIS/CdS)复合结构；(3)在铜铟硒/硫化镉(CIS/CdS)复合结构上采用PCVD工艺和金属诱导固相晶化方法制备p型多晶硅层、n型多晶硅层；(4)形成多晶硅--铜铟硒叠层复合结构的薄膜太阳能电池。
为了解决好硫化镉(CdS)层与多晶硅层的结合问题，在上述步骤(2)与(3)之间，在硫化镉(CdS)层上先用真空热蒸发法镀上一层纳米层厚的铝5，这样一方面解决了硫化镉(CdS)层与多晶硅层的边界面结合问题，同时铝层又作为多晶硅金属诱导固相晶化的诱导金属。
权利要求
1.一种薄膜太阳能电池，其特征是它依次由衬底(1)、电极(201)、p型铜铟硒层(3)、n型硫化镉层(4)、p型多晶硅层(6)、n型多晶硅层(7)和电极(202)叠层构成。
2.权利要求1薄膜太阳能电池的制备方法，其特征是依下列步骤进行(1)采用磁控溅射加真空硒化退火方法在衬底上制备p型铜铟硒膜；(2)用真空蒸发方法在p型铜铟硒膜上生长n型硫化镉层形成铜铟硒/硫化镉复合结构；(3)在铜铟硒/硫化镉复合结构上采用PCVD工艺和金属诱导固相晶化方法制备p型多晶硅层、n型多晶硅层；(4)形成多晶硅--铜铟硒叠层复合结构的薄膜太阳能电池。
3.根据权利要求2所述的薄膜太阳能电池的制备方法，其特征是在步骤(2)与(3)之间，在硫化镉(CdS)层上先用真空热蒸发法镀上一层纳米层厚的铝(5)。
全文摘要
本发明公开了一种薄膜太阳能电池及其制备方法。该薄膜太阳能电池依次由衬底、电极、p型铜铟硒层、n型硫化镉层、p型多晶硅层、n型多晶硅层和电极叠层构成。本发明薄膜太阳能电池的制备方法依下列步骤进行(1)采用磁控溅射加真空硒化退火方法在衬底上制备p型铜铟硒(CIS)膜；(2)用真空蒸发方法在p型铜铟硒(CIS)膜上生长n型硫化镉(CdS)层形成铜铟硒/硫化镉(CIS/CdS)复合结构；(3)在铜铟硒/硫化镉(CIS/CdS)复合结构上采用PCVD工艺和金属诱导固相晶化方法制备p型多晶硅层、n型多晶硅层；(4)形成多晶硅－铜铟硒叠层复合结构的薄膜太阳能电池。
文档编号H01L31/078GK1547260SQ20031011741
公开日2004年11月17日 申请日期2003年12月17日 优先权日2003年12月17日
发明者姚若河, 郑学仁 申请人:华南理工大学