雙節(jié)鈣鈦礦/銅銦鎵硒太陽能電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及太陽能電池，具體涉及一種雙節(jié)型巧鐵礦、銅鋼嫁砸太陽能電池。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有的"薄膜"太陽能電池，包括"銅鋼嫁砸（CIGS )"薄膜光伏太陽能電池，材料 成本比一般"晶體娃"太陽能電池要低，但某些"薄膜"生產(chǎn)工藝過于復雜，使總制造成本較 高，無法商品化；到目前為止，一般"薄膜"太陽能制造廠家的生產(chǎn)成本，尚未能低于"煤油" 發(fā)電的生產(chǎn)成本，阻礙"薄膜"太陽能進入商品化生產(chǎn)；而平均轉(zhuǎn)換率方面，也只能接近"晶 體娃"，或略略低于"晶體娃"，有待進一步提局。
[0003] 雙節(jié)"巧鐵礦/銅鋼嫁砸"能加寬光譜的吸收，使穿過上層薄膜"巧鐵礦"而未被 吸收的"光子"，能在下層薄膜"銅鋼嫁砸"繼續(xù)被吸收，轉(zhuǎn)換率能超過30%。有機-無機薄 膜太陽能電池，尤其是"巧鐵礦"一類薄膜電池，其轉(zhuǎn)換率在短短的四年時間從幾個百分比 飛躍至20%，受到太陽能學術(shù)界大量的關(guān)注。
[0004] 一般"巧鐵礦"太陽能電池，使用幾百納米，有或無"介孔支架"的吸收層，夾必在 "電子（E化）"及"孔穴（HTL)"傳遞層；當吸收層采納到光子時，吸收層載體傳送"電荷"及 "孔穴"至正負電極的兩個端頭；要加大轉(zhuǎn)換效率，需正確處理好載體經(jīng)過的每個界面，按 "能量"下滑功能函數(shù)，優(yōu)化每個界面層，包括；透明前電極層，二氧化鐵支架層，"巧鐵礦"吸 收層，及透明"螺二甲氧基苯基"孔穴傳送層等。
[0005] 有關(guān)"孔穴傳送層（HTL)"，由于此材料昂貴，并嚴重影響電池的壽命，我們另一種 做法是除掉一般"介孔甲胺賄鉛（mesoscopic CH3NH3Pbl3/Ti〇2)巧鐵礦太陽能電池"常用的 "孔穴傳送層（HTL)"，送里我們使用"甲胺賄（C冊畑31)和"二化賄鉛（PbI2)"溶液沉積在 "二氧化鐵（Ti02)"支架層；使"甲胺賄鉛巧鐵層（C冊畑3PbI3)"同時有"光子吸收"及"孔 穴傳遞"兩種功能。
[0006] 雙節(jié)下層的"銅鋼嫁砸"，目前商品化的"銅鋼嫁砸"大多采用鋼巧玻璃基板，W 400-500 D C的高溫蒸發(fā)；銅，鋼，嫁，砸等材料；或先使用瓣射工藝，錐上其中Η種金屬單 元素材料后，再采用"砸化"工藝，添加砸材料；送是一項很難重復，而且十分緩慢的工藝； 還有另一種方法，使用電錐沉淀工藝，或使用"金屬"或"金屬氧化物"經(jīng)過納米印刷工藝制 造。
[0007] 送些工藝皆不適應(yīng)于批量生產(chǎn)，單"砸化（Selenization)"工藝，就可長達8小 時，并需用大量有毒氣體，比如使用"砸化氨"來逐步使"銅鋼嫁（CIS)"薄膜層"砸（Se)" 化，成為"銅鋼嫁砸（CIGSr薄膜層。
[0008] "銅鋼嫁砸（CIGS)"薄膜層在"高溫"的基板上成型，目的是為了滋長較大的結(jié) 晶，結(jié)晶體起碼該是它本身厚度（1. 0-2.0微米）一半W上的厚度。過小的晶體會產(chǎn)生大量 的晶界（grain boundaries),導致"電子-空穴"再次重組，降低電池的轉(zhuǎn)換效率。高溫 的另一個目的是促進"鋼巧玻璃（soda-lime glass)"里的"鋼"，在穿過鋼薄膜層后，擴散到 "銅鋼嫁砸"薄膜層里，"鋼"離子能促進更多帶有"P-型滲雜物"的"銅鋼嫁砸（CIGS)"薄 膜的生長。要做到"銅鋼嫁砸（CIGSr送四種元素在高溫下共蒸發(fā)是十分費事，同時極難 控制的工藝，不適宜于批量生產(chǎn)。
[0009] 要在高溫下做好"銅鋼嫁砸（CIGS)"薄膜，并能保證它持有最優(yōu)化的化學成分比 例，成為標準的批量生產(chǎn)工藝，我們使用已匹配好化學成分的"銅鋼嫁砸（CIGS)"四元素固 態(tài)祀材，用磁控瓣射或射頻瓣射工藝，一次性錐膜；同時，為避免高溫下"砸（Se)"的流失， 一般行業(yè)采用的工藝是利用"砸化氨"氣體，來補充"砸（Se)"的流失；但送種氣體有毒，不 適應(yīng)批量生產(chǎn)；為了避免送個缺陷，我們將"砸化"退火工藝，單獨出來，先進行一次性低溫 錐膜"銅鋼嫁砸"四元素，然后將"砸化"退火工藝，單獨出來，使用固態(tài)"砸（Se)"來控制"砸 (Se)"的流失。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 此項發(fā)明的主要目的在于建立一個適合批量生產(chǎn)的高轉(zhuǎn)換率，薄膜雙節(jié)太陽能電 池；此雙節(jié)"巧鐵礦/銅鋼嫁砸"太陽能電池能加寬光譜的吸收，使穿過上層薄膜"巧鐵礦" 而未被吸收的"光子"，能在下層"銅鋼嫁砸"薄膜，繼續(xù)被吸收，轉(zhuǎn)換率能超過30%。
[0011] 雙節(jié)"巧鐵礦/銅鋼嫁砸"太陽能電池的上層，我們使用優(yōu)化的"氧化鋼錫（IT0)" 或"氣參雜錫氧化物（FT0)"作為透明電極層，使用優(yōu)化的"甲基賄化胺（C冊畑31)"及"二 氯化鉛（PbCl2 )"在"二甲基甲醜胺（DMF)"溶液混合后，勻膠在優(yōu)化的"二氧化鐵（Ti02 )" 介孔支架，作為吸收層，使用優(yōu)化的"固態(tài)螺環(huán)電解質(zhì)（Spiro-OMeTAD)"作為"孔穴傳送層 (HTL)'，。
[0012] 有關(guān)"孔穴傳送層（HTL)"，由于此材料昂貴，并嚴重影響電池的壽命，我們另一種 做法是除掉一般"介孔甲胺賄鉛（mesoscopic CH3NH3Pbl3/Ti〇2)巧鐵礦太陽能電池"常用的 "孔穴傳送層（HTL)"，送里我們使用"甲胺賄（C冊畑31)和"二化賄鉛（PbI2)"溶液沉積在 "二氧化鐵（Ti02)"支架層，使"甲胺賄鉛巧鐵層（C冊畑3PbI3)"同時有"光子吸收"及"孔 穴傳遞"兩種功能。
[0013] 雙節(jié)"巧鐵礦/銅鋼嫁砸"太陽能電池的下層，"銅鋼嫁砸（CIGS)"太陽能芯片 的制造工藝；我們首先使用一塊已匹配好"化學成分（stoichiomet巧）"的"銅，鋼，嫁，砸（ CIGS)"等四元素合成固態(tài)祀材，在較低的基板溫度下，用"脈沖直流電源瓣射"或"射頻瓣 射"錐膜，將"銅，鋼，嫁，砸"等元素，一次性瓣射在玻璃基板上；然后再采用帶有"砸（Se)" 閉封氣氛的退火爐，在50(TCW上高溫進行退火。送工藝縮短了傳統(tǒng)"銅鋼嫁砸（CIGS)" 制造工藝所需用的時間，保證了薄膜的優(yōu)化"化學成分（stoichiometry)";免除了傳統(tǒng)工藝 中長達八少時的"砸化工藝（selenization)"-傳統(tǒng)的"砸化"手段是使用帶"砸（Se)"元 素的氣體，經(jīng)數(shù)小時的化學反應(yīng)，從已成型的"銅鋼嫁（CIG)"薄膜的表層，逐步往下"砸化"。
[0014] 我們采用不高于30(TC的基板溫度，能避免四元素瓣射時，砸（Se)的流失；跟著， 我們將已具備良好"化學成分（stoichiomet巧）"的薄膜"銅鋼嫁砸（CIGS)"半成品芯片， 調(diào)離真空瓣射生產(chǎn)線（為避免占用"銅鋼嫁砸"真空線，它是生產(chǎn)線上最復雜的瓶頸工藝環(huán) 節(jié))，并采用單獨的廉價退火爐進行高溫退火；此特制退火爐用巧巧放置固態(tài)砸元素，經(jīng)不 同壓強，不同升溫及保溫臺階的"溫度，氣壓，時間"工藝曲線，進行高溫退火，滋長大體積的 "銅鋼嫁砸"晶體；由于前面采用四元素固態(tài)祀材，已保證了 "銅鋼嫁砸（CIGS)"的化學成 分，無需添加砸元素；退火爐內(nèi)放置的固態(tài)"砸（Se)"，它并不是為了在"銅鋼嫁砸（CIGS)" 薄膜中添加"砸（Se)"，而是為了保證退火爐內(nèi)有富裕的"砸（Se)"氣體氣氛，扼制"銅鋼嫁 砸（CIGS)"薄膜中"砸（Se)"的流失。送工藝保證了大體積的"銅鋼嫁砸（CIGS)"晶體， 保證了"銅鋼嫁砸（CIGS)"化學成分的優(yōu)化及重復性，保證了退火期間"銅鋼嫁砸（CIGS)" 薄膜不會有"砸（Se)"的流失，保證了砸在整個"銅鋼嫁砸（CIGS)"薄膜層間的均勻性，保 證了高轉(zhuǎn)換率的"銅鋼嫁砸（CIGS)"批量生產(chǎn)工藝。
【附圖說明】
[0015] 圖1為本新型太陽能電池結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016] 圖2為銅鋼嫁砸層橫截面示意圖。
[0017] 圖3為退火曲線。
[0018] 附圖中標記；上層的巧鐵礦層1 ;下層的銅鋼嫁砸層2 ;上透明導電層11 ;巧鐵礦 吸收層12 ;下透明導電層13 ;氧化鋒滲鉛導電層21 ;氧化鋒層22 ;硫化領(lǐng)薄膜層23 ;銅鋼 嫁砸吸收層24 ;鋼導電層25 ;鋼巧玻璃基層26 ;束一媒層27 ;