專利名稱：無鎘銅銦鎵硒薄膜太陽能電池及其硫化鋅緩沖層薄膜的制備方法
無鎘銅銦鎵硒薄膜太陽能電池及其硫化鋅緩沖層薄膜的制
備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無鎘銅銦鎵硒薄膜太陽能電池及其硫化鋅緩沖層的制備方法。背景技術(shù)：
銅銦鎵硒(Cu (Inja) ，簡稱CIGS)薄膜太陽能電池是20世紀(jì)80年代后期開發(fā)出來的新型太陽能電池，其優(yōu)異的性能得到了廣泛的關(guān)注。銅銦鎵硒薄膜太陽能電池的典型結(jié)構(gòu)為多層膜結(jié)構(gòu)，包括金屬柵極(Al)/透明電極(AZO)/窗口層(ZnO)/緩沖層(CdS)/ 光吸收層(CIGS)/背電極(Mo)/玻璃。盡管緩沖層的厚度僅僅只有50nm，但是對于CIGS電池來說是至關(guān)重要的。緩沖層能夠與CIGS吸收層形成異質(zhì)結(jié)從而使光生載流子分離以及保護(hù)吸收層在鍍制上層電極時(shí)不被破壞。在CIGS電池中緩沖層一般采用硫化鎘(分子式C(K)材料，CdS薄膜通常采用水浴法(CBD，chemical bath deposition)來制備。水浴法是一種常見的制備薄膜的工藝，把襯底沉浸在陽離子和陰離子先驅(qū)溶液中，當(dāng)溶液中離子濃度的乘積超過它們的溶度積時(shí)， 便會(huì)在襯底上沉積制得需要的化合物薄膜。雖然采用CdS作緩沖層獲得了性能較好的電池，但是由于含有重金屬離子Cd2+， 這種生產(chǎn)方式所獲得的薄膜電池在使用過程中可能因?yàn)樽匀涣捌渌蛩兀鶗?huì)使鎘泄漏到環(huán)境中去，破壞了生態(tài)環(huán)境，同時(shí)由于鎘的存在，這種電池的回收后處理也比較困難。 因此人們一直致力于無鎘緩沖層的開發(fā)，近幾年很多文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)了多種無毒的緩沖層，例如， 硫化銦In2S3,氫氧化銦In(OH)3,氧化錫SnO2,硒化鋅ZnSe,鋅化物Zn (0, S，OH) x,銦化物 Inx(OH, S)y 等。ZnS取代CdS作為太陽能電池緩沖層的研究，是所有無Cd緩沖層中電池效率最高的一種。這是因?yàn)镾iS(3.6-3. 8eV)的禁帶寬度比CdS(2. ^V)的寬，不僅可以提高電池的短路電流，還有利于薄膜電池獲得藍(lán)光區(qū)的光譜響應(yīng)，而且其晶格參數(shù)與CIGS吸收層更加匹配。在CIGS太陽能電池的制備中，獲得ZnS薄膜的方法很重要，目前作為太陽能電池的ZnS緩沖層的制備大多采用CBD法，這種方法存在以下問題1)薄膜沉積時(shí)存在均相沉淀，在生成ZnS的同時(shí)，還生成了 Si (OH) 2，Zn (OH)2混入ZnS薄膜，導(dǎo)致得到的薄膜非ZnS純相。具有雜質(zhì)的ZnS薄膜附著力差，易開裂；幻在ZnS薄膜的制備過程中，如果溶液溫度濃度的分布不均以及攪拌速率的不穩(wěn)定還會(huì)導(dǎo)致重現(xiàn)性不好，在大面積制備時(shí)薄膜均勻性更加難以控制。

發(fā)明內(nèi)容基于此，有必要提供一種成膜效果較好的無鎘銅銦鎵硒薄膜太陽能電池的制備方法。
一種無鎘銅銦鎵硒薄膜太陽能電池的制備方法，包括如下步驟步驟一、在襯底上依次形成背電極和銅銦鎵硒光吸收層，形成樣片；步驟二、將二水合醋酸鋅溶解于無水乙醇中，再加入穩(wěn)定劑，加熱形成溶膠；步驟三、將所述樣片浸入所述溶膠中，浸漬時(shí)間為5 10秒，然后將所述樣片從所述溶膠中提起；步驟四、將所述樣片在100 200°C下干燥30分鐘，使所述樣片表面形成氧化鋅薄膜；步驟五、將所述樣片放入硒化室內(nèi)在硫化氫的氣氛下進(jìn)行退火處理，將所述氧化鋅薄膜轉(zhuǎn)化為硫化鋅緩沖層薄膜；及步驟六、在所述硫化鋅緩沖層薄膜上依次形成阻擋層及窗口層，得到所述無鎘銅銦鎵硒薄膜太陽能電池。在優(yōu)選的實(shí)施例中，步驟二中，所述穩(wěn)定劑為乙醇胺。在優(yōu)選的實(shí)施例中，步驟二中，所述加熱的溫度為60 70°C。在優(yōu)選的實(shí)施例中，步驟二中，所述二水合醋酸鋅在所述溶膠中的濃度為0. 1 0.8mol/L。在優(yōu)選的實(shí)施例中，步驟四中，所述氧化鋅薄膜的厚度為30 200nm。在優(yōu)選的實(shí)施例中，步驟五中，退火處理的溫度為400 500°C，時(shí)間為10 60分鐘。此外，還有必要提供一種成膜效果較好的硫化鋅緩沖層薄膜的制備方法。一種硫化鋅緩沖層薄膜的制備方法，包括如下步驟將二水合醋酸鋅溶解于無水乙醇中，再加入穩(wěn)定劑，加熱形成溶膠；將樣片浸入所述溶膠中，浸漬時(shí)間為5 10秒，然后將所述樣片從所述溶膠中提起；將所述樣片在100 200°C下干燥30分鐘，使所述樣片表面形成氧化鋅薄膜；及將所述樣片在硫化氫的氣氛下進(jìn)行退火處理，將所述氧化鋅薄膜轉(zhuǎn)化為硫化鋅緩
沖層薄膜。傳統(tǒng)CBD法制備的ZnS薄膜由于水浴溫度較低，一般得到的是非晶的薄膜，而采用上述制備方法，在退火過程中由于溫度較高，因此能夠提高薄膜的結(jié)晶質(zhì)量。另外，采取浸漬提拉法制備的薄膜均勻性較好，工藝較為容易控制。
具體實(shí)施方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合具體實(shí)施方式
對本發(fā)明做詳細(xì)的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。一實(shí)施方式的無鎘銅銦鎵硒薄膜太陽能電池的制備方法，包括如下步驟步驟一、在襯底上依次形成背電極和銅銦鎵硒光吸收層，形成樣片。具體的，可將玻璃基板清洗完畢放入真空室內(nèi)進(jìn)行輝光處理后，濺射沉積Mo形成背電極，然后轉(zhuǎn)移到另一室進(jìn)行磁控濺射或真空加熱蒸發(fā)銅銦鎵金屬，銅銦鎵分步沉積于玻璃Mo襯底上，制備出CIGS薄膜電池的銅銦鎵金屬預(yù)制層，進(jìn)而轉(zhuǎn)入固態(tài)源光硒化裝置的真空熱處理室內(nèi)進(jìn)行固態(tài)源光硒化處理，將銅銦鎵金屬預(yù)制層轉(zhuǎn)變成CIGS薄膜電池的光學(xué)吸收層。另外，也可將玻璃基板清洗完畢放入真空室內(nèi)進(jìn)行輝光處理后，濺射沉積Mo形成背電極，然后采用共蒸發(fā)法制備CIGS薄膜電池的光學(xué)吸收層。步驟二、將二水合醋酸鋅溶解于無水乙醇中，再加入穩(wěn)定劑，加熱形成溶膠。具體的，可采用分析純的二水合醋酸鋅Si(CH3COO)2 · 2H20作為前驅(qū)體，無水乙醇 (EtOH)作為溶劑，將二水合醋酸鋅溶解于無水乙醇中，再加入少量的乙醇胺作為穩(wěn)定劑，待溶液完全澄清后，60 70°C下加熱形成透明均勻的溶膠。這種溶膠可以長時(shí)間穩(wěn)定地存在，使用過程中完全沒有浪費(fèi)，節(jié)省了原料成本。其中，二水合醋酸鋅在所述溶膠中的濃度優(yōu)選為0. 1 0. 8mol/L。在步驟二中發(fā)生了如下的化學(xué)反應(yīng)
權(quán)利要求
1.一種無鎘銅銦鎵硒薄膜太陽能電池的制備方法，其特征在于，包括如下步驟 步驟一、在襯底上依次形成背電極和銅銦鎵硒光吸收層，形成樣片；步驟二、將二水合醋酸鋅溶解于無水乙醇中，再加入穩(wěn)定劑，加熱形成溶膠； 步驟三、將所述樣片浸入所述溶膠中，浸漬時(shí)間為5 10秒，然后將所述樣片從所述溶膠中提起；步驟四、將所述樣片在100 200°C下干燥30分鐘，使所述樣片表面形成氧化鋅薄膜； 步驟五、將所述樣片放入硒化室內(nèi)在硫化氫的氣氛下進(jìn)行退火處理，將所述氧化鋅薄膜轉(zhuǎn)化為硫化鋅緩沖層薄膜；及步驟六、在所述硫化鋅緩沖層薄膜上依次形成阻擋層及窗口層，得到所述無鎘銅銦鎵硒薄膜太陽能電池。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無鎘銅銦鎵硒薄膜太陽能電池的制備方法，其特征在于步驟二中，所述穩(wěn)定劑為乙醇胺。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無鎘銅銦鎵硒薄膜太陽能電池的制備方法，其特征在于步驟二中，所述加熱的溫度為60 70°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無鎘銅銦鎵硒薄膜太陽能電池的制備方法，其特征在于步驟二中，所述二水合醋酸鋅在所述溶膠中的濃度為0. 1 0. 8mol/L。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無鎘銅銦鎵硒薄膜太陽能電池的制備方法，其特征在于步驟四中，所述氧化鋅薄膜的厚度為30 200nm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無鎘銅銦鎵硒薄膜太陽能電池的制備方法，其特征在于步驟五中，退火處理的溫度為400 500°C，時(shí)間為10 60分鐘。
7.—種硫化鋅緩沖層薄膜的制備方法，其特征在于，包括如下步驟 將二水合醋酸鋅溶解于無水乙醇中，再加入穩(wěn)定劑，加熱形成溶膠；將樣片浸入所述溶膠中，浸漬時(shí)間為5 10秒，然后將所述樣片從所述溶膠中提起； 將所述樣片在100 200°C下干燥30分鐘，使所述樣片表面形成氧化鋅薄膜；及將所述樣片在硫化氫的氣氛下進(jìn)行退火處理，將所述氧化鋅薄膜轉(zhuǎn)化為硫化鋅緩沖層薄膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的硫化鋅緩沖層薄膜的制備方法，其特征在于所述穩(wěn)定劑為乙醇胺。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的硫化鋅緩沖層薄膜的制備方法，其特征在于所述加熱的溫度為60 70°C。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的硫化鋅緩沖層薄膜的制備方法，其特征在于所述二水合醋酸鋅在所述溶膠中的濃度為0. 1 0. 8mol/L。
全文摘要
一種無鎘銅銦鎵硒薄膜太陽能電池的制備方法，包括如下步驟步驟一、在襯底上依次形成背電極和銅銦鎵硒光吸收層，形成樣片；步驟二、將二水合醋酸鋅溶解于無水乙醇中，再加入穩(wěn)定劑，加熱形成溶膠；步驟三、將樣片浸入所述溶膠中，浸漬時(shí)間為5～10秒，然后將樣片從所述溶膠中提起；步驟四、將樣片在100～200℃下干燥30分鐘，使樣片表面形成氧化鋅薄膜；步驟五、將樣片放入硒化室內(nèi)在硫化氫的氣氛下進(jìn)行退火處理，將氧化鋅薄膜轉(zhuǎn)化為硫化鋅緩沖層薄膜；及步驟六、在硫化鋅緩沖層薄膜上依次形成阻擋層及窗口層。上述制備方法在退火過程中由于溫度較高，因此能夠提高薄膜的結(jié)晶質(zhì)量。本發(fā)明還提供一種硫化鋅緩沖層薄膜的制備方法。
文檔編號C03C17/36GK102270699SQ201110202078
公開日2011年12月7日 申請日期2011年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月18日
發(fā)明者劉壯, 盧蘭蘭, 肖旭東 申請人:中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院