一种铜铟镓硒薄膜太阳电池的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种铜铟镓硒薄膜太阳电池，自下至上依次包括：衬底、背电极、铜铟镓硒吸收层、缓冲层、i?ZnO层、透明窗口层、减反射层和栅线电极，衬底位于背电极一面、背电极两面、铜铟镓硒吸收层与背电极接触面的粗糙面相同，铜铟镓硒吸收层另一面均方根粗糙度＜20nm，铜铟镓硒吸收层的最厚厚度≤1μm，缓冲层包括第一Zn(O,S)缓冲层和第二ZnO缓冲层，透明窗口层包括第一石墨烯层、纳米金属层以及第二石墨烯层，减反射层包括第一二氧化硅层、纳米二氧化钛层以及第二二氧化硅层。本发明在粗糙面背电极上制成≤1μm厚铜铟镓硒薄膜，铜铟镓硒薄膜另一面均方根粗糙度＜20nm，增加了光在吸收层中所经过的有效光程，在不损失太阳光的利用率的基础上，大幅较少了稀有金属资源的利用，既实现了对太阳光的有效利用，又大幅降低电池的生产成本，具有极其广泛的应用前景。
【专利说明】
一种铜铟镓砸薄膜太阳电池
技术领域
[0001]本发明属于薄膜太阳电池制作技术领域，特别是涉及一种铜铟镓砸薄膜太阳电池。
【背景技术】
[0002]21世纪人类面临的最大课题是不仅有能源问题，还有环境问题，利用太阳能来解决全球性的能源和环境问题越来越受到人们的重视，各种太阳电池应运而生。在能源日益短缺与过度使用矿石燃料而造成全球暖化的危机中，太阳能光伏发电已成为各国优先考虑发展的洁净能源。铜铟镓砸(铜铟镓砸)化合物太阳电池因转换效率高、弱光发电性能好、稳定性好、无衰减等优点而成为最有希望的光伏器件之一。然而，由于电子产品需求量的不断加大，对于各种稀有金属的需求量也与日倶增，稀有金属的价格日益上涨。在此大背景下，提高稀有金属的利用率对于保护稀有金属资源和降低电池生产成本来说都有巨大的意义。
[0003]铜铟镓砸(CIGS)薄膜太阳电池中，吸收层是整个电池的核心部分，大部分光生载流子的输运和收集工作是由吸收层(P型铜铟镓砸层)所完成的。为了保证电池对光的充分吸收，大多将铜铟镓砸吸收层的厚度制成1.5至2.5μπι;由于铜铟镓砸均属于贵重的稀有金属资源，造成铜铟镓砸薄膜太阳电池的制作成本难以下降。
【发明内容】
[0004]本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种在不损失太阳光的利用率的基础上，较少铜铟镓砸材料的使用，大幅降低电池制作成本的一种铜铟镓砸薄膜太阳电池。
[0005]本发明包括如下技术方案:
[0006]—种铜铟镓砸薄膜太阳电池，自下至上依次包括:衬底、背电极、铜铟镓砸吸收层、缓冲层、1-ZnO层、透明窗口层、减反射层和栅线电极，其特点是:所述衬底位于背电极一面的均方根粗糙度为80-120nm、所述背电极的两面均方根粗糙度均与位于衬底一面的背电极均方根粗糙度相同、所述铜铟镓砸吸收层与背电极接触的面与背电极面的均方根粗糙度相同、铜铟镓砸吸收层另一面均方根粗糙度为20nm以下，铜铟镓砸吸收层最厚部分的厚度为
<Iym，缓冲层包括第一Zn (O，S)缓冲层和第二ZnO缓冲层，透明窗口层包括第一石墨烯层、纳米金属层以及第二石墨烯层，减反射层包括第一二氧化硅层、纳米二氧化钛层以及第二二氧化硅层。
[0007]本发明还可以采用如下技术措施:
[0008]所述背电极为双层Mo结构，背电极最厚部分的厚度为600nm。
[0009]所述第一Zn(0，S)缓冲层为25nm厚的η型Zn(0，S)缓冲层，所述第二 ZnO缓冲层为50nm厚的η型ZnO缓冲层;所述1-ZnO层的厚度为50nm;所述第一石墨稀层、纳米金属层以及第二石墨稀层的厚度分别为150nm、50nm以及150nm;所述第一二氧化娃层、纳米二氧化钛层以及第二二氧化娃层的厚度分别50nm、10nm以及50nm;所述栅线电极为2μηι厚的N1-Al ο
[0010]本发明具有的优点和积极效果:
[0011]本发明通过在粗糙面背电极上共蒸发形成的Ιμπι厚铜铟镓砸薄膜，经腐蚀，形成表面均方根粗糙度为20nm以下的陷光结构的铜铟镓砸吸收层，增加了光在吸收层中所经过的有效光程，在不损失太阳光的利用率的基础上，大幅较少了稀有金属资源的利用，既实现了对太阳光的有效利用，又大幅降低电池的生产成本，具有极其广泛的应用前景。
【附图说明】
[0012]图1是本发明铜铟镓砸薄膜太阳电池结构示意图。
[0013]图中，1-衬底，2-背电极，3-铜铟镓砸吸收层，4-缓冲层，5-1-ZnO层，6-透明窗口层，7-减反射层，8-栅线电极。
【具体实施方式】
[0014]为能进一步公开本发明的
【发明内容】
、特点及功效，特例举以下实例并结合附图进行详细说明如下:
[0015]—种铜铟镓砸薄膜太阳电池，自下至上依次包括:衬底、背电极、铜铟镓砸吸收层、缓冲层、1-ZnO层、透明窗口层、减反射层和栅线电极，其特点是:所述衬底位于背电极一面的均方根粗糙度为80-120nm、所述背电极的两面均方根粗糙度均与位于衬底一面的背电极均方根粗糙度相同、所述铜铟镓砸吸收层与背电极接触的面与背电极面的均方根粗糙度相同、铜铟镓砸吸收层另一面均方根粗糙度为20nm以下，铜铟镓砸吸收层最厚部分的厚度为< Iym，缓冲层包括第一Zn (O，S)缓冲层和第二ZnO缓冲层，透明窗口层包括第一石墨烯层、纳米金属层以及第二石墨烯层，减反射层包括第一二氧化硅层、纳米二氧化钛层以及第二二氧化硅层。
[0016]所述背电极为双层Mo结构，背电极最厚部分的厚度为600nm。
[0017]所述第一Zn(0，S)缓冲层为25nm厚的η型Zn(0，S)缓冲层，所述第二 ZnO缓冲层为50nm厚的η型ZnO缓冲层;所述1-ZnO层的厚度为50nm;所述第一石墨稀层、纳米金属层以及第二石墨稀层的厚度分别为150nm、50nm以及150nm;所述第一二氧化娃层、纳米二氧化钛层以及第二二氧化娃层的厚度分别50nm、10nm以及50nm;所述栅线电极为2μηι厚的N1-Al ο
[0018]本发明的一种制作过程:
[0019]步骤1.制作一面为粗糙面的衬底
[0020]采用等离子体刻蚀机，设置功率为0.5kW，压强为4X10_2pa，通过Ar2对钛箔一面进行均方根粗糙度为10nm的等离子体刻蚀，作为一面为粗糙面的衬底I;
[0021]步骤2.在衬底的粗糙面上制作背电极
[0022]通过直流磁控溅射沉积系统在粗糙面衬底上沉积与衬底粗糙面的粗糙度相同、厚度为600nm的双层Mo结构作为背电极2;
[0023]步骤3.在背电极的表面制作陷光结构铜铟镓砸吸收层
[0024]将制有背电极的钛箔清洗后放入真空室，采用传统的共蒸发三步法在背电极上制作铜铟镓砸吸收层;背电极上形成粗糙面铜铟镓砸薄膜，采用浓度为1.5mol/L的NaOH溶液，腐蚀温度为85°C的腐蚀碱液对铜铟镓砸薄膜表明层进行腐蚀处理，直至铜铟镓砸薄膜表面的均方根粗糙度为20nm以下的，形成厚度为Ιμπι的陷光结构铜铟镓砸吸收层3;
[0025]步骤4.制作铜铟镓砸薄膜太阳电池
[0026]在陷光结构铜铟镓砸吸收层上面自下至上依次制作缓冲层4、1-ZnO层5、透明窗口层6、减反射层7和栅线电极8，其中缓冲层包括25nm厚的η型第一 Zn(0，S)缓冲层和50nm厚的η型第二 ZnO缓冲层，所述1-ZnO层的厚度为50nm，透明窗口层包括厚度分别为150nm、50nm以及150nm的第一石墨稀层、纳米金属层以及第二石墨稀层，减反射层包括厚度分别50nm、10nm以及50nm第一二氧化硅层、纳米二氧化钛层以及第二二氧化硅层，所述栅线电极为2μm厚的N1-Al，完成如图1所示本发明一种铜铟镓砸薄膜太阳电池的制作过程。
[0027]本发明的另一种制作过程:
[0028]步骤1.制作一面为粗糙面的衬底
[0029]采用等离子体刻蚀机，设置功率为lkW，压强为5X 10_2pa，通过Ar2对不锈钢箔一面进行均方根粗糙度为10nm的等离子体刻蚀，作为一面为粗糙面的衬底I;
[0030]步骤2.在衬底的粗糙面上制作背电极
[0031 ]通过直流磁控溅射沉积系统在粗糙面衬底上沉积与衬底粗糙面的粗糙度相同、厚度为600nm的双层Mo结构作为背电极2;
[0032]步骤3.在背电极的表面制作陷光结构铜铟镓砸吸收层
[0033]将制有背电极的钛箔清洗后放入真空室，采用传统的共蒸发三步法在背电极上制作铜铟镓砸吸收层;背电极上形成粗糙面铜铟镓砸薄膜，采用浓度为1.5mol/L的NaOH溶液，腐蚀温度为85°C的腐蚀碱液对铜铟镓砸薄膜表明层进行腐蚀处理，直至铜铟镓砸薄膜表面的均方根粗糙度为20nm以下的，形成厚度为Ιμπι的陷光结构铜铟镓砸吸收层3;
[0034]步骤4.制作铜铟镓砸薄膜太阳电池
[0035]在陷光结构铜铟镓砸吸收层上面自下至上依次制作制作缓冲层4、i_ZnO层5、透明窗口层6、减反射层7和栅线电极8，其中缓冲层包括25nm厚的η型第一Zn(0，S)缓冲层和50nm厚的η型第二ZnO缓冲层，所述1-ZnO层的厚度为50nm，透明窗口层包括厚度分别为150nm、50nm以及150nm的第一石墨稀层、纳米金属层以及第二石墨稀层，减反射层包括厚度分别50nm、10nm以及50nm第一二氧化娃层、纳米二氧化钛层以及第二二氧化娃层，所述栅线电极为2μπι厚的N1-Al，完成如图1所示本发明一种铜铟镓砸薄膜太阳电池的制作过程。
[0036]尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的【具体实施方式】，上述的【具体实施方式】仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式。这些均属于本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种铜铟镓砸薄膜太阳电池，自下至上依次包括:衬底、背电极、铜铟镓砸吸收层、缓冲层、1-ZnO层、透明窗口层、减反射层和栅线电极，其特征在于:所述衬底位于背电极一面的均方根粗糙度为80-120nm、所述背电极的两面均方根粗糙度均与位于衬底一面的背电极均方根粗糙度相同、所述铜铟镓砸吸收层与背电极接触的面与背电极面的均方根粗糙度相同、铜铟镓砸吸收层另一面均方根粗糙度为20nm以下，铜铟镓砸吸收层最厚部分的厚度为<Iym，缓冲层包括第一Zn (O，S)缓冲层和第二ZnO缓冲层，透明窗口层包括第一石墨烯层、纳米金属层以及第二石墨烯层，减反射层包括第一二氧化硅层、纳米二氧化钛层以及第二二氧化硅层。2.根据权利要求1所述的一种铜铟镓砸薄膜太阳电池，其特征在于:所述背电极为双层Mo结构，背电极最厚部分的厚度为600nm。3.根据权利要求1所述的一种铜铟镓砸薄膜太阳电池，其特征在于:所述第一Zn(0，S)缓冲层为25nm厚的η型Zn(0，S)缓冲层，所述第二 ZnO缓冲层为50nm厚的η型ZnO缓冲层;所述1-ZnO层的厚度为50nm;所述第一石墨烯层、纳米金属层以及第二石墨烯层的厚度分别为150]11]1、50111]1以及150111]1;所述第一二氧化娃层、纳米二氧化钛层以及第二二氧化娃层的厚度分别50]1111、100111]1以及5011111;所述栅线电极为241]1厚的附-八10
【文档编号】H01L31/0224GK105870214SQ201610237968
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年4月14日
【发明人】董友强
【申请人】董友强