一種低鎘cigs基薄膜太陽(yáng)能電池及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及薄膜太陽(yáng)能電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種低鎘CIGS基薄膜太陽(yáng)能電 池及其制備方法。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003] 銅銦鎵硒（Cu (In，Ga) Se2，簡(jiǎn)稱CIGS)薄膜太陽(yáng)能電池以其光電轉(zhuǎn)化效率高，材料 用量少，重量輕，可柔性化等特點(diǎn)受到廣泛關(guān)注，并被認(rèn)為是很有商業(yè)化前景的第二代太陽(yáng) 能電池。
[0004] 通常CIGS薄膜太陽(yáng)能電池的制備工序包括：a，在襯底上沉積背電極；b，在背電極 上沉積CIGS吸收層；c，在CIGS吸收層上沉積CdS層；d，在CdS層表面沉積上電極。在CIGS 薄膜太陽(yáng)能電池制備過(guò)程中，需要用到具有一定環(huán)境污染性的CdS層，其采用化學(xué)水浴沉 積（CBD)工藝制備的膜層厚度一般約為40-60nm左右，綜合到整個(gè)電池體系中，造成電池 Cd 含量較高，引起人們對(duì)鎘污染的擔(dān)心，也影響了其應(yīng)用前景。雖然技術(shù)上可以通過(guò)降低CdS 厚度來(lái)降低整個(gè)組件的Cd含量，但CdS厚度的降低，也大大降低了整個(gè)電池組件的光電轉(zhuǎn) 化效率。故實(shí)際上，目前商業(yè)化的CIGS電池 CdS層厚度一般控制在50nm左右，工藝窗口較 窄，工藝控制難度較大。
[0005]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 發(fā)明目的：為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種低鎘CIGS基薄膜太陽(yáng) 能電池及其制備方法，該薄膜太陽(yáng)能電池整體Cd含量低、工藝控制窗口較寬。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)方案： 一種低鎘CIGS基薄膜太陽(yáng)能電池，由下至上依次包括襯底、背電極、CIGS吸收層、CdS 層和上電極，所述CIGS吸收層表面的Cu原子被Cd原子部分置換形成表面改性層，所述CdS 層的厚度為20-35nm〇
[0008] 優(yōu)選地，所述CdS層的厚度為20-25nm〇
[0009] 所述襯底為玻璃、金屬、陶瓷以及聚合物襯底中的任意一種；所述背電極為Mo電 極；所述上電極為ZnO/AZO電極、ZnO/ITO電極、AZO電極、ITO電極中的任意一種。
[0010] 一種低鎘CIGS基薄膜太陽(yáng)能電池的制備方法，包括如下工序： a，在襯底上沉積背電極； b，在背電極上沉積CIGS吸收層； c，在CIGS吸收層上沉積CdS層； d，在CdS層表面沉積上電極； 所述步驟c之前，對(duì)CIGS表面進(jìn)行改性處理，具體步驟為： (1)制備反應(yīng)溶液A :配制鎘鹽的水溶液，向該溶液中加入氨水，用堿溶液調(diào)節(jié)pH值為 10. 5-12,攪拌均勻，即得反應(yīng)溶液A，常溫保存?zhèn)溆茫?(2) 制備反應(yīng)溶液B :配制硫脲的水溶液，將該溶液與反應(yīng)溶液A按體積比為1 :1~2的 比例混合，用堿溶液調(diào)節(jié)PH值為10. 5-12,攪拌均勻，即得反應(yīng)溶液B，常溫保存?zhèn)溆茫?(3) 將工序b制得的沉積有CIGS吸收層的襯底置于化學(xué)表面沉積（CSD)工藝設(shè)備的加 熱臺(tái)上加熱，當(dāng)襯底溫度達(dá)到85-100°C時(shí)，將步驟（1)制備得到的新鮮的反應(yīng)溶液A立刻滴 到加熱的襯底表面，并控制襯底表面不出現(xiàn)干涸，反應(yīng)5-10min，立馬取出并清除襯底表面 多余反應(yīng)溶液A，形成表面改性層； (4) 將步驟（3)制得的沉積有表面改性層的襯底置于CSD工藝設(shè)備的另一加熱臺(tái)上繼 續(xù)加熱，當(dāng)襯底溫度達(dá)到65-75°C，將步驟（2)制得的新鮮的反應(yīng)溶液B立刻滴到加熱的襯 底表面，并控制襯底表面不出現(xiàn)干涸，反應(yīng)2-8min，形成CdS膜層，立刻取出襯底，用去離子 水沖洗干凈，再用高壓氣體吹干襯底表面，進(jìn)入下一道上電極沉積工藝。
[0011] 步驟（1)中，所述鎘鹽的水溶液中Cd2濃度為3-6mmol/L，氨水濃度為10-20wt%， Cd2與NH4OH的摩爾比為1 :10~300。
[0012] 步驟（2)中，所述硫脲的水溶液中硫脲的濃度為0· 1-0. 5mol/L。
[0013] 步驟（1)和步驟（2)中，所述鎘鹽為可溶性鎘鹽，具體選自CdS04、CdCl 2、CdIjP (CH3COO) 2Cd · 2H20中的任意一種或多種的組合物，所述堿溶液為3-10m〇l/LNa0H溶液。
[0014] 本發(fā)明對(duì)CIGS吸收層表面進(jìn)行改性處理，涉及的反應(yīng)是溶液中的Cd原子和CIGS 吸收層表面的Cu原子發(fā)生離子交換，改變了表面改性層的導(dǎo)電特性，Cd原子在表面層起到 施主摻雜的效果，表面改性層與基底CIGS吸收層一起形成一淺埋的同質(zhì)PN結(jié)，從而在整個(gè) CIGS薄膜電池中形成質(zhì)量?jī)?yōu)良的PN結(jié)，維持電池高轉(zhuǎn)化效率。在表面改性層上制備極薄 的CdS膜層，能夠解決整體電池的能帶和晶格匹配，同時(shí)由于CdS膜層折射率值處于上電極 與CIGS吸收層之間，起到減反射效果。極薄的CdS膜層能顯著降低此膜層對(duì)光的吸收，從 而增加進(jìn)入CIGS吸收層的入射光，增加短路電流，并大幅度降低整個(gè)膜層的Cd含量。
[0015] 有益效果： 1.在維持CIGS電池整體高轉(zhuǎn)化效率的同時(shí)，大大降低了 CdS層厚度，大幅度降低了整 個(gè)電池組件的Cd含量。
[0016] 2.拓寬了 CdS層工藝窗口，降低了此膜層工藝控制難度，便于大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用。
【附圖說(shuō)明】
[0017] 圖1為本發(fā)明的低鎘CIGS基薄膜太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)示意圖； 其中，1、襯底；2、背電極；3、CIGS吸收層；4、表面改性層；5、CdS層；6、上電極。
[0018]
【具體實(shí)施方式】
[0019] 下面以CdSO4作為鎘鹽為例，通過(guò)具體實(shí)施例的方式，對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì) 說(shuō)明，但是本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于所述實(shí)施例。
[0020] 以范圍形式表達(dá)的值應(yīng)當(dāng)以靈活的方式理解為不僅包括明確列舉出的作為范圍 限值的數(shù)值，而且還包括涵蓋在該范圍內(nèi)的所有單個(gè)數(shù)值或子區(qū)間，猶如每個(gè)數(shù)值和子區(qū) 間被明確列舉出。例如，"大約〇. 1%至約5%"的濃度范圍應(yīng)當(dāng)理解為不僅包括明確列舉出 的約0. 1%至約5%的濃度，還包括有所指范圍內(nèi)的單個(gè)濃度(如，1%、2%、3%和4%)和子區(qū)間 (例如，〇· 1% 至 〇· 5%、1% 至 2. 2%、3. 3% 至 4. 4%)。
[0021] 實(shí)施例1 如圖1所示，一種低鎘CIGS基薄膜太陽(yáng)能電池，由下至上依次包括襯底1、背電極2、 CIGS吸收層3、CdS層5和上電極6,所述CIGS吸收層3表面的Cu原子被Cd原子部分置 換，所述CdS層5的厚度為20nm。
[0022] 所述低鎘CIGS基薄膜太陽(yáng)能電池的制備方法，包括如下工序： a，在襯底上沉積背電極； b，在背電極上沉積CIGS吸收層； c，在CIGS吸收層上沉積CdS層； d，在CdS層表面沉積上電極； 所述步驟c之前，對(duì)CIGS表面進(jìn)行改性處理，具體步驟為：稱取CdSO4粉末I. 6g，溶于 I. 276L去離子水中，攪拌均勻，向CdSO4溶液中加入224ml濃度為19wt%的氨水，進(jìn)一步攪