一种cigs基薄膜太阳能电池的制作方法
【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。
【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]传统的CIGS基薄膜太阳能电池结构如图1所示，其都是在钼背电极层上直接形成光吸收层，如中国专利CN201352562Y公开了一种单结铜铟镓硫薄膜太阳能电池，该电池的光吸收层铜铟镓硫直接形成于背电极层上；中国专利CN101661971A公开了一种CIGS基薄膜太阳能电池制备方法，该方法是在Mo电极层上采用溅射靶材直接溅射沉积铜铟镓砸光吸收层。对上述公开的CIGS基薄膜太阳能电池的光吸收层进行热处理，在钼背电极层上会形成一层较厚的砸化钼层或硫化钼层，砸化钼层或硫化钼层如果太厚将会导致电池的串联电阻升高，使电池的性能下降。在钼背电极层上直接形成光吸收层，由于它们之间的界面材料的不同，将会影响光吸收层的结晶质量，同时也会影响背电极层与光吸收层之间的粘结牢固性。
[0004]为了提高薄膜太阳能电池的开路电压，通常可采用提高吸收层的镓含量来实现，若采用先溅射后砸化工艺来制备薄膜电池，就需要使用镓含量较高的靶材来溅射沉积预制层，但是镓含量高的靶材在溅射过程中比较不稳定，容易出现镓的渗出，导致靶材成分出现较大波动，使沉积后的膜层各组分的比例发生改变，使形成的光吸收层的组分发生较大波动，进而影响薄膜太阳能电池的性能。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种CIGS基薄膜太阳能电池，通过在银镓合金膜层上形成P型光吸收层，能够有效抑制砸化过程中砸化钼厚度的增长，同时增加背电极层与P型光吸收层之间的粘结性，银镓合金膜层中的镓扩散进入P型光吸收层的底部，可减少载流子在该界面处的复合，提高薄膜电池的开路电压和短路电流，从而提高薄膜太阳能电池的性能。
[0006]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:提供一种CIGS基薄膜太阳能电池，其特征在于:包括基板，覆盖基板的背电极层，覆盖背电极层的银镓合金膜层，覆盖银镓合金膜层的P型光吸收层，覆盖P型光吸收层的缓冲层，覆盖缓冲层的透明导电层；所述银镓合金膜层中至少含有50at%的银，所述银镓合金膜层的厚度不大于200nm。
[0007]所述银镓合金膜层是使用银镓合金靶材进行溅射沉积，所述银镓合金靶材中至少含有50&丨％的银(at%S原子比百分比)。
[0008]本发明还提供了另一种CIGS基薄膜太阳能电池，其特征在于:包括基板，覆盖基板的背电极层，覆盖背电极层的银镓合金膜层，覆盖银镓合金膜层的P型光吸收层，覆盖P型光吸收层的缓冲层，覆盖缓冲层的透明导电层；所述银镓合金膜层中还含有至多20at%的Μ元素，所述Μ元素选自钼、铂、钛、铬中的至少一种，所述银镓合金膜层中至少含有50at%的银，所述银镓合金膜层的厚度不大于200nm。
[0009]所述银镓合金膜层是使用含有银、镓和含有至多20at %的Μ元素的合金靶材进行溅射沉积，所述Μ元素选自钼、铂、钛、铬中的至少一种，所述合金靶材中至少含有50at %的银。
[0010]所述的ρ型光吸收层为铜铟镓砸、铜铟镓硫、铜铟镓砸硫、铜铟镓铝砸、铜铟镓铝硫、铜铟镓招砸硫、铜铟招砸硫、铜铟招砸、铜铟招硫、铜铟砸硫、铜铟硫或铜铟砸的一种，所述P型光吸收层中含有碱元素，所述P型光吸收层中优选含有钠，所述P型光吸收层中还可含有铺和/或祕的元素。
[0011]所述银镓合金膜层的厚度优选不大于lOOnm ;所述银镓合金膜层也可采用真空蒸镀方法沉积。所述背电极层中含有氧，所述背电极层中也可含有碱元素。
[0012]进一步的，在缓冲层与透明导电层之间插入一层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选自本征氧化锌膜层、具有电阻率为0.08 Ω cm至95 Ω cm的掺杂氧化锌膜层或它们的组合，所述掺杂氧化锌膜层的掺杂剂选自B、Al、Ga或In中的至少一种。
[0013]进一步的，在基板与背电极层之间插入一层电介质材料层；所述电介质材料层选自氧化硅、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；所述电介质材料层或由硅、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，所述电介质材料层可由一含有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、A1、0三种元素。
[0014]所述基板为玻璃基板、聚酰亚胺板、铝薄板、钛薄板或不锈钢板中的一种；所述背电极层为Mo层、Ti层、Cr层、Cu层或ΑΖ0层中的至少一种，所述背电极层优选为Mo层；所述缓冲层为硫化镉、氧化锌、硫化锌、砸化锌、硫砸化锌、硫砸化铟、砸化铟、硫化铟或锌镁氧化物中的至少一种；所述透明导电层选用银基透明导电膜、氧化铟掺杂锡(ΙΤ0)、氧化锌掺杂铝(ΑΖ0)、氧化锌掺杂镓(GZ0)、氧化锌掺杂铟(ΙΖ0)、氧化锡掺杂氟(FT0)、氧化锡掺杂碘、氧化锡掺杂锑(ΑΤ0)或石墨烯中的至少一种。
[0015]与现有技术相比本发明具有以下优点:
[0016]1、本发明通过在银镓合金膜层上形成ρ型光吸收层，能够有效抑制形成ρ型光吸收层的热处理过程中砸化钼层或硫化钼层厚度的过度增长，因而可降低薄膜太阳能电池的串联电阻，提尚薄I吴太阳能电池的性能。
[0017]2、本发明通过在银镓合金膜层上形成ρ型光吸收层，能够增加背电极层与ρ型光吸收层之间的粘结性，使P型光吸收层不会从背电极层上脱落，提高了薄膜太阳能电池的使用的可靠性。
[0018]3、本发明通过在银镓合金膜层上形成ρ型光吸收层，在形成ρ型光吸收层的热处理过程中，银镓合金膜层中的镓扩散进入ρ型光吸收层的底部，这可减少载流子在该界面处的复合，提高薄膜电池的开路电压和短路电流，从而提高薄膜太阳能电池的性能。
[0019]4、本发明通过在银镓合金膜层上形成ρ型光吸收层，在此银镓合金膜层可看作起到一个过渡界面的作用，可提高Ρ型光吸收层的结晶质量。
[0020]5、本发明的银镓合金膜层的沉积采用溅射沉积，能够实现大面积均匀成膜，与CIGS基薄膜电池的生产工艺相匹配，可实现大规模连续生产。
【附图说明】
[0021]图1为传统的CIGS基薄膜太阳能电池的结构示意图；
[0022]图2为本发明的CIGS基薄膜太阳能电池的一种结构示意图；
[0023]图中数字说明:1_基板，21-电介质材料层，2-背电极层，31-银镓合金膜层，3-ρ型光吸收层，4-缓冲层，5-本征氧化锌膜层，6-透明导电层。
【具体实施方式】
[0024]下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
[0025]本发明的一种CIGS基薄膜太阳能电池，其结构示意图如图2所示，通过在基板上采用溅射法沉积背电极层钼层，接着在钼层上采用溅射法沉积一层银镓合金膜层，接着在银镓合金膜层上采用溅射法沉积铜铟镓预制层，接着将预制层进行砸化和/或硫化热处理形成Ρ型光吸收层，接着在Ρ型光吸收层上采用水浴法沉积硫化镉膜层作为缓冲层，接着在缓冲层上采用溅射法沉积本征氧化锌膜层，接着在本征氧化锌膜层上采用溅射法沉积ΑΖ0膜层作为透明导电层。
[0026]本发明也可通过在银镓合金膜层上采用反应溅射法形成ρ型光吸收层，或采用共蒸法来形成Ρ型光吸收层。本发明也可在Ρ型光吸收层上采用溅射法来沉积缓冲层，也可在Ρ型光吸收层上通过热扩散来形成一层η型半导体层。本发明也可采用M0CVD法来沉积氧化锌膜层。
[0027]以下涉及的实施例，均是在干净的基板表面上依次沉积各膜层。
[0028]实施例1
[0029]在一基板为钠钙玻璃上采用磁控溅射沉积500nm的金属钼电极层；接着在钼背电极层上采用磁控溅射沉积30nm的银镓合金膜层，银镓合金膜层中含55at%的银；接着在银镓合金膜层上形成2.0um厚的具有黄铜矿结构的铜铟镓