本發(fā)明涉及銅銦鎵硒薄膜太陽電池制備技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種雙層導(dǎo)電膜結(jié)構(gòu)的銅銦鎵硒薄膜太陽電池及制備方法。特別需要指出的是，本專利結(jié)構(gòu)試圖將兩種具有各自優(yōu)點(diǎn)的透明導(dǎo)電膜材料結(jié)合在一起，使電池?fù)碛须p重優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)在室溫下的制備，其中兩種膜各自的厚度值是本專利的重點(diǎn)。
背景技術(shù)：
21世紀(jì)人類面臨的最大課題是不僅有能源問題，還有環(huán)境問題，利用太陽能來解決全球性的能源和環(huán)境問題越來越受到人們的重視，各種太陽電池應(yīng)運(yùn)而生。在能源日益短缺與過度使用礦石燃料而造成全球暖化的危機(jī)中，太陽能光伏發(fā)電已成為各國優(yōu)先考慮發(fā)展的潔凈能源。銅銦鎵硒(CIGS)化合物太陽電池因轉(zhuǎn)換效率高、弱光發(fā)電性能好、穩(wěn)定性好、無衰減等優(yōu)點(diǎn)而成為最有希望的光伏器件之一。
銅銦鎵硒薄膜太陽電池的基本結(jié)構(gòu)由下至上依次為：襯底材料、背電極、銅銦鎵硒吸收層、緩沖層、高阻氧化鋅薄膜、透明導(dǎo)電膜(也稱窗口層)、上電極。有關(guān)銅銦鎵硒薄膜太陽電池的具體結(jié)構(gòu)，已經(jīng)有數(shù)十項(xiàng)相關(guān)專利。以申請?zhí)枮?01310755636.2和201310241287.2的專利材料為例，所采用的透明導(dǎo)電膜為摻鋁氧化鋅(ZAO)薄膜，該薄膜材料具有制備溫度低、透光性及導(dǎo)電性好等諸多優(yōu)點(diǎn)，但摻鋁氧化鋅薄膜耐濕熱性能及抗紫外輻照性能差，在空氣中放置一段時間后，電池光電轉(zhuǎn)換效率衰減明顯。以申請?zhí)枮?01510810201.2和200810204035.1的專利申請材料為例，透明導(dǎo)電膜采用另一種被廣泛應(yīng)用的氧化銦錫(ITO)薄膜，該薄膜同樣具有良好的透光性及導(dǎo)電性，且耐濕熱及抗紫外輻照性能好，采用氧化銦錫薄膜作為透明導(dǎo)電膜所制備的銅銦鎵硒薄膜太陽電池在空氣中長時間放置，電池光電轉(zhuǎn)換效率無明顯衰減。但具有良好的透光性及導(dǎo)電性氧化銦錫薄膜需在200℃溫度下制備，室溫制備的氧化銦錫薄膜結(jié)晶質(zhì)量差，從而導(dǎo)致薄膜導(dǎo)電性差，影響太陽電池性能。而制備氧化銦錫薄膜所需的200℃制備溫度會對所制備好的銅銦鎵硒薄膜太陽電池緩沖層造成損傷。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：提供一種雙層導(dǎo)電膜結(jié)構(gòu)的銅銦鎵硒薄膜太陽電池及制備方法。該雙層導(dǎo)電膜結(jié)構(gòu)的銅銦鎵硒薄膜太陽電池制備方法的目的是在不損傷薄膜太陽電池緩沖層材料的基礎(chǔ)上，制備具有良好耐濕熱及抗紫外性能的透明導(dǎo)電膜系，從而實(shí)現(xiàn)銅銦鎵硒薄膜太陽電池的良好制備。
本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是：
一種雙層導(dǎo)電膜結(jié)構(gòu)的銅銦鎵硒薄膜太陽電池制備方法，至少包括如下步驟：
步驟101、在襯底上制作背電極；具體為：
通過直流磁控濺射沉積系統(tǒng)在襯底材料上沉積厚度為500-700nm的Mo作為背電極，其中：Mo為雙層結(jié)構(gòu)，接近襯底的為高阻Mo層，所述高阻Mo層的厚度范圍是100-150nm，在所述高阻Mo層上再沉積厚度范圍是400-550nm的低阻Mo層；
步驟102、在上述背電極上利用共蒸發(fā)銅、銦、鎵、硒四種元素的方法制備厚度2微米以上的銅銦鎵硒薄膜；
步驟103、在上述銅銦鎵硒薄膜上，采用化學(xué)水浴沉積的方法制備緩沖層，所述緩沖層為50nm厚的硫化鎘薄膜；
步驟104、在上述緩沖層上采用射頻磁控濺射的方法制備50nm厚的本征氧化鋅薄膜；
步驟105、在上述本征氧化鋅薄膜上，采用直流磁控濺射方法依次制備厚度范圍是120nm的摻鋁氧化鋅薄膜和厚度范圍是260-320nm的氧化銦錫薄膜；
步驟106、在透明導(dǎo)電膜上，采用低溫絲網(wǎng)印刷工藝，制備銀上電極，制備溫度不高于100℃，從而完成電池制備。
作為優(yōu)選，本發(fā)明還采用了如下的附加技術(shù)特征：
進(jìn)一步：所述襯底為聚酰亞胺襯底、鈦箔襯底、鈣鈉玻璃中的一種。
更進(jìn)一步：所述背電極的厚度為500nm；其中：高阻Mo層的厚度為100nm；低阻Mo層的厚度為400nm。
更進(jìn)一步：所述背電極的厚度為700nm；其中：高阻Mo層的厚度為150nm；低阻Mo層的厚度為550nm。
更進(jìn)一步：所述步驟106中的制備溫度為99℃。
更進(jìn)一步：所述步驟105的摻鋁氧化鋅薄膜中，鋁元素摩爾百分含量為2％。
更進(jìn)一步：所述步驟105的氧化銦錫薄膜中，銦和錫的摩爾百分比為9：1。
一種采用上述雙層導(dǎo)電膜結(jié)構(gòu)的銅銦鎵硒薄膜太陽電池制備方法制備的太陽電池。
本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：
本發(fā)明通過在襯底材料上依次制備雙層Mo背電極、銅銦鎵硒薄膜、緩沖層薄膜、高阻氧化鋅薄膜基礎(chǔ)上，采用磁控濺射的方法制備120nm厚摻鋁氧化鋅薄膜，其中鋁元素摩爾百分含量為2％，然后再采用磁控濺射的方法制備260-320nm厚的氧化銦錫薄膜，其中銦和錫的摩爾百分比為9：1，在此雙層透明導(dǎo)電膜上繼續(xù)采用低溫絲網(wǎng)印刷方法制備銀電極，完成銅銦鎵硒薄膜太陽電池制備。
采用該方法制備的雙層透明導(dǎo)電膜在具有與單一導(dǎo)電膜相當(dāng)?shù)膶?dǎo)電性及透光性基礎(chǔ)上，同時具有良好的耐濕熱及抗紫外輻照性能，可以實(shí)現(xiàn)銅銦鎵硒太陽電池在室溫條件下的良好制備。
附圖說明：
圖1為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例制備出的雙層導(dǎo)電膜結(jié)構(gòu)的銅銦鎵硒薄膜太陽電池的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
為能進(jìn)一步了解本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容、特點(diǎn)及功效，茲例舉以下實(shí)施例，并配合附圖詳細(xì)說明如下：
請參閱圖1，一種雙層導(dǎo)電膜結(jié)構(gòu)的銅銦鎵硒薄膜太陽電池制備方法，包括：
步驟1.在襯底上制作背電極
通過直流磁控濺射沉積系統(tǒng)在襯底材料上沉積厚度為500-700nm的Mo作為背電極，Mo為雙層結(jié)構(gòu)，接近襯底的為高阻Mo層，厚度在100-150nm，在高阻Mo層上再沉積400-550nm的低阻Mo層，作為電池的背電極；
步驟2.在背電極上利用共蒸發(fā)銅、銦、鎵、硒四種元素的方法制備厚度2微米以上的銅銦鎵硒薄膜；
步驟3.在銅銦鎵硒薄膜上，采用化學(xué)水浴沉積的方法制備緩沖層，為50nm厚的硫化鎘薄膜；
步驟4.在緩沖層上采用射頻磁控濺射的方法制備50nm厚的本征氧化鋅(i-ZnO)薄膜；
步驟5.在本征氧化鋅薄膜上，采用直流磁控濺射方法依次制備120nm厚的摻鋁氧化鋅薄膜和260-320nm厚的氧化銦錫薄膜；
步驟6.在透明導(dǎo)電膜上，采用低溫絲網(wǎng)印刷工藝，制備銀上電極，制備溫度不高于100℃，從而完成電池制備。
實(shí)施例1：
步驟1.在聚酰亞胺襯底上制作背電極
通過直流磁控濺射沉積系統(tǒng)在聚酰亞胺襯底上沉積厚度為500-700nm的Mo作為背電極，Mo為雙層結(jié)構(gòu)，接近襯底的為高阻Mo層，厚度在100-150nm，在高阻Mo層上再沉積400-550nm的低阻Mo層，作為電池的背電極；
步驟2.在背電極上利用共蒸發(fā)銅、銦、鎵、硒四種元素的方法制備厚度2微米以上的銅銦鎵硒薄膜；
步驟3.在銅銦鎵硒薄膜上，采用化學(xué)水浴沉積的方法制備緩沖層，為50nm厚的硫化鎘薄膜；
步驟4.在緩沖層上采用射頻磁控濺射的方法制備50nm厚的本征氧化鋅(i-ZnO)薄膜；
步驟5.在本征氧化鋅薄膜上，采用直流磁控濺射方法依次制備120nm厚的摻鋁氧化鋅薄膜和260-320nm厚的氧化銦錫薄膜；
步驟6.在透明導(dǎo)電膜上，采用低溫絲網(wǎng)印刷工藝，制備銀上電極，制備溫度不高于100℃，從而完成電池制備。
實(shí)施例2：
步驟1.在鈦箔襯底(100微米)上制作背電極
通過直流磁控濺射沉積系統(tǒng)在鈦箔上沉積厚度為500-700nm的Mo作為背電極，Mo為雙層結(jié)構(gòu)，接近襯底的為高阻Mo層，厚度在100-150nm，在高阻Mo層上再沉積400-550nm的低阻Mo層，作為電池的背電極；
步驟2.在背電極上利用共蒸發(fā)銅、銦、鎵、硒四種元素的方法制備厚度2微米以上的銅銦鎵硒薄膜；
步驟3.在銅銦鎵硒薄膜上，采用化學(xué)水浴沉積的方法制備緩沖層，為50nm厚的硫化鎘薄膜；
步驟4.在緩沖層上采用射頻磁控濺射的方法制備50nm厚的本征氧化鋅(i-ZnO)薄膜；
步驟5.在本征氧化鋅薄膜上，采用直流磁控濺射方法依次制備120nm厚的摻鋁氧化鋅薄膜和260-320nm厚的氧化銦錫薄膜；
步驟6.在透明導(dǎo)電膜上，采用低溫絲網(wǎng)印刷工藝，制備銀上電極，制備溫度不高于100℃，從而完成電池制備。
實(shí)施例3：
步驟1.在鈣鈉玻璃上制作背電極
通過直流磁控濺射沉積系統(tǒng)在鈣鈉玻璃上沉積厚度為500-700nm的Mo作為背電極，Mo為雙層結(jié)構(gòu)，接近襯底的為高阻Mo層，厚度在100-150nm，在高阻Mo層上再沉積400-550nm的低阻Mo層，作為電池的背電極；
步驟2.在背電極上利用共蒸發(fā)銅、銦、鎵、硒四種元素的方法制備厚度2微米以上的銅銦鎵硒薄膜；
步驟3.在銅銦鎵硒薄膜上，采用化學(xué)水浴沉積的方法制備緩沖層，為50nm厚的硫化鎘薄膜；
步驟4.在緩沖層上采用射頻磁控濺射的方法制備50nm厚的本征氧化鋅(i-ZnO)薄膜；
步驟5.在本征氧化鋅薄膜上，采用直流磁控濺射方法依次制備120nm厚的摻鋁氧化鋅薄膜和260-320nm厚的氧化銦錫薄膜；
步驟6.在透明導(dǎo)電膜上，采用低溫絲網(wǎng)印刷工藝，制備銀上電極，制備溫度不高于100℃，從而完成電池制備。
一種采用上述三個實(shí)施例中公開的雙層導(dǎo)電膜結(jié)構(gòu)的銅銦鎵硒薄膜太陽電池制備方法制備的太陽電池。
以上對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)說明，但所述內(nèi)容僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，不能被認(rèn)為用于限定本發(fā)明的實(shí)施范圍。凡依本發(fā)明申請范圍所作的均等變化與改進(jìn)等，均應(yīng)仍歸屬于本發(fā)明的專利涵蓋范圍之內(nèi)。