一種薄膜太陽(yáng)能電池制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供了一種薄膜太陽(yáng)能電池包括依次層疊的基底/背電極/吸收層/緩沖層/透明導(dǎo)電層/上電極，其中，吸收層包括1-CuInS2薄膜/1-CuInSx1Se(2-x1)薄膜/CuInSe2薄膜/2-CuInSx2Se(2-x2)薄膜/2-CuInS2薄膜復(fù)合層，1-CuInSx1Se(2-x1)薄膜中S原子的總數(shù)與Se和S原子的總數(shù)比為0.1-1；2-CuInSx2Se(2-x2)薄膜中S原子的總數(shù)與Se和S原子的總數(shù)比為0.1-1。本發(fā)明專利技術(shù)的吸收層為多種帶隙能的光吸收層的復(fù)合，吸收層中S濃度呈V型分布能提高太陽(yáng)能電池的開路電壓和光電轉(zhuǎn)化效率，同時(shí)減少有毒Se的使用，且S成本低，對(duì)環(huán)境污染較小，易大規(guī)模化生產(chǎn)。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于光伏領(lǐng)域。具體而言，本專利技術(shù)涉及一種太陽(yáng)能電池，尤其涉及一種薄膜太陽(yáng)能電池。
技術(shù)介紹
目前，商品化的太陽(yáng)能電池主要包括硅基晶片電池、薄膜太陽(yáng)能電池和砷化鎵基聚光太陽(yáng)能電池，其中，CuInSe2基薄膜太陽(yáng)能電池因其生產(chǎn)成本低、轉(zhuǎn)化效率高、弱光性能好、抗輻射能力強(qiáng)、無(wú)光致衰退以及可沉積在柔性基底上等特點(diǎn)，被國(guó)際上稱為“下一時(shí)代最有前途的新型薄膜太陽(yáng)能電池”。CuInSe2基(簡(jiǎn)稱CIS)薄膜太陽(yáng)能電池，主要由基底/背電極/吸收層/緩沖層/透明導(dǎo)電層/上電極/減反射層結(jié)構(gòu)組成，吸收層為將光能轉(zhuǎn)化電能的活性部件，為太陽(yáng)能電池的重要組成部分，也為現(xiàn)有研究的熱點(diǎn)和重點(diǎn)。銅銦硒是直接能隙半導(dǎo)體，其光吸收系數(shù)較大，高達(dá)105CHT1，常溫下銅銦硒能隙Eg=L 04eV,但太陽(yáng)電池的最佳能隙為I. 45eV。現(xiàn)有大量采用的一般是通過(guò)摻雜少量的Ga替代In形成CuInGahSe2材料，通過(guò)調(diào)整Ga的濃度分布，可以使禁帶寬度在I. 02eV^l. 68eV之間變化，來(lái)實(shí)現(xiàn)更多的太陽(yáng)光譜的吸收。但Ga屬于貴金屬，且其具有劇毒對(duì)環(huán)境保護(hù)不利，且Ga的濃度分布也較難調(diào)整。也有在CuInSe2中摻入少量的S，將S代替CuInSe2材料中部分的Se，形成CuIn (SxSe1^x)2 (簡(jiǎn)稱CISS)四元化合物。CISS薄膜可以看作由寬帶隙的(I. 68eV)CuInS2和窄帶隙的(I. (MeV)CuInSe2的混溶晶體，可將禁帶寬度調(diào)整至I. 04eV和I. 68eV之間，由于其制備CISS薄膜的S元素來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉，對(duì)降低太陽(yáng)能電池的成本又很大優(yōu)勢(shì)，越來(lái)越受到業(yè)界青睞。現(xiàn)有研究通過(guò)復(fù)合不同帶隙能的光吸收層也可以提高太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)化效率，層與層之間可以有Ga或S濃度的單一梯度分布，但此種技術(shù)制備的太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)化效率仍沒(méi)有達(dá)到理想要求，且難以實(shí)現(xiàn)低成本和大規(guī)模的生產(chǎn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)為了解決現(xiàn)有的CuInSe2基薄膜太陽(yáng)能電池的的光電轉(zhuǎn)化效率仍沒(méi)有達(dá)到理想要求的技術(shù)問(wèn)題，提供一種開路電壓和光電轉(zhuǎn)化效率較高且易實(shí)現(xiàn)的薄膜太陽(yáng)能電池。薄膜太陽(yáng)能電池包括依次層疊的基底/背電極/吸收層/緩沖層/透明導(dǎo)電層/上電極，其中，吸收層包括I-CuInS2薄膜/l-CuInSxlSe(2_xl)薄膜/CuInSe2薄膜/2-CuInSx2Se(2_x2)薄膜/2_CuInS2薄膜復(fù)合層，I-CuInSxlSe(2_xl)薄膜中S原子的總數(shù)與Se和S原子的總數(shù)比為O. 1-1 ； 2-CuInSx2Se(2_x2)薄膜中S原子的總數(shù)與Se和S原子的總數(shù)比為O. 1-1。其中，I-CuInS2薄膜和2_CuInS2薄膜為兩個(gè)相互獨(dú)立的CuInS2薄膜層，I-CuInS2薄膜和2-CuInS2薄膜可以是相同的CuInS2薄膜層也可以是不同的CuInS2薄膜層，例如，1-CuInS2薄膜和2-CuInS2薄膜的薄膜厚度相同或不同。其中，I-CuInSxlSe(2_xl)薄膜和2_CuInSx2Se(2_x2)薄膜為兩個(gè)相互獨(dú)立的含有Cu、In、S、Se 元素的 CuInSxSe(2_x)薄膜層，I-CuInSxlSe(2_xl)薄膜和 2_CuInSx2Se(2_x2)薄膜可以是相同的CuInSxSe(2_x)薄膜層也可以是不同的CuInSxSe(2_x)薄膜層，本專利技術(shù)的相同的CuInSxSe(2_x)薄膜層主要是指薄膜層的厚度和薄膜層中S原子的總數(shù)與Se和S原子的總數(shù)比相同。本專利技術(shù)的吸收層為多種帶隙能的光吸收層的復(fù)合，意外發(fā)現(xiàn)當(dāng)吸收層中S濃度呈V型分布時(shí)不僅能使吸收層的帶隙能接近太陽(yáng)電池的最佳能隙，且使吸收層的禁帶寬度具有一定的梯度分布，提高太陽(yáng)能電池的開路電壓和光電轉(zhuǎn)化效率，同時(shí)減少有毒Se的使用，且S成本低，對(duì)環(huán)境污染較小，易大規(guī)模化生產(chǎn)。附圖說(shuō)明 圖I是本專利技術(shù)的一種太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施例方式為了使本專利技術(shù)所解決的技術(shù)問(wèn)題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本專利技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本專利技術(shù)，并不用于限定本專利技術(shù)。本專利技術(shù)提供薄膜太陽(yáng)能電池包括依次層疊的基底/背電極/吸收層/緩沖層/透明導(dǎo)電層/上電極，其中，吸收層包括I-CuInS2薄膜/l-CuInSxlSe(2_xl)薄膜/CuInSe2薄膜/2-CuInSx2Se(2_x2)薄膜/2_CuInS2薄膜復(fù)合層，I-CuInSxlSe(2_xl)薄膜中S原子的總數(shù)與Se和S原子的總數(shù)比為O. 1-1，進(jìn)一步優(yōu)選為O. 3-0. 6 ； 2-CuInSx2Se(2_x2)薄膜中S原子的總數(shù)與Se和S原子的總數(shù)比為O. 1-1，進(jìn)一步優(yōu)選為O. 3-0. 6。可以提高太陽(yáng)能電池的開路電壓和光電轉(zhuǎn)化效率，且S成本低,對(duì)環(huán)境污染較小。I-CuInS2 薄膜、l-CuInSxlSe(2_xl)薄膜、CuInSe2 薄膜、2_CuInSx2Se(2_x2)薄膜、2-CuInS2薄膜可以通過(guò)噴射熱解法、電化學(xué)沉積法、化學(xué)沉積法、近空間氣相輸運(yùn)法、化學(xué)氣相沉積、分子束外延、反應(yīng)濺射、真空蒸發(fā)法(單源、雙源、三源)、金屬-有機(jī)化學(xué)氣相沉積等方法制備。優(yōu)選，I-CuInSxlSe(2_xl)薄膜為I-CuInS2薄膜與CuInSe2薄膜間的中間層，在I-CuInS2 薄膜 /I-CuInSxlSe(2_xl)薄膜界面，xl=2,在 I-CuInSxlSe(2_xl)薄膜 /CuInSe2 薄膜界面，xl=0，在 I-CuInSxlSe(2_xl)薄膜內(nèi)部，xl 值從 I-CuInS2 薄膜 /I-CuInSxlSe(2_xl)薄膜界面到I-CuInSxlSe(2_xl)薄膜/CuInSe2薄膜界面遞減,實(shí)現(xiàn)I-CuInSxlSe(2_xl)薄膜中S元素的層中梯度分布，可以采用多種方法，只要能實(shí)現(xiàn)此種結(jié)構(gòu)即可，例如濺射后硒化法、共蒸法、涂覆法等，可以先制備CuInS2薄膜后通過(guò)Se原子的擴(kuò)散來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以先制備CuIn層后再S化和Se化等，隨著擴(kuò)散的時(shí)間差在薄膜層中形成原子濃度差別，從而形成S原子的濃度梯度分布。和/或2-CuInSx2Se(2_x2)薄膜為CuInSe2薄膜與2_CuInS2薄膜間的中間層，在CuInSe2 薄膜 /2_CuInSx2Se(2_x2)薄膜界面，x2=0,在 2_CuInSx2Se(2_x2)薄膜 / 2_CuInS2 薄膜界面，x2=2，在 2-CuInSx2Se(2_x2)薄膜內(nèi)部，x2 值從 CuInSe2 薄膜 /2_CuInSx2Se(2_x2)薄膜界面到2-CuInSx2Se(2_x2)薄膜/ 2_CuInS2薄膜界面遞增,實(shí)現(xiàn)2_CuInSx2Se(2_x2)薄膜中S元素的層中梯形分布，可以采用多種方法，只要能實(shí)現(xiàn)此種結(jié)構(gòu)即可，例如濺射后硫化法、共蒸法、涂覆法等，可以先制備CuInSe2薄膜后通過(guò)S原子的擴(kuò)散來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以先制備CuIn層后再Se化和S化等，隨著擴(kuò)散的時(shí)間差在薄膜層中形成原子濃度差別，從而形成S原子的濃度梯度分布。通過(guò)I-CuInSxlSe(2_xl)薄膜中S元素的層中梯度分布和/或2_CuInSx2Se(2_x2)薄膜中S元素的層中梯度分布，不僅本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種薄膜太陽(yáng)能電池?，包括依次層疊的基底/背電極/吸收層/緩沖層/透明導(dǎo)電層/上電極，其特征在于，所述吸收層包括1?CuInS2薄膜/1?CuInSx1Se(2?x1)?薄膜/CuInSe2薄膜/2?CuInSx2Se(2?x2)?薄膜/2?CuInS2薄膜復(fù)合層，所述1?CuInSx1Se(2?x1)薄膜中S原子的總數(shù)與Se和S原子的總數(shù)比為0.1?1；所述2?CuInSx2Se(2?x2)薄膜中S原子的總數(shù)與Se和S原子的總數(shù)比為0.1?1。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：倉(cāng)芹，鐘北軍，周勇，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：比亞迪股份有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：