一種黃銅礦型薄膜光伏電池及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及薄膜太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種黃銅礦型薄膜光伏電池及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著全球氣候變暖、生態(tài)環(huán)境惡化和常規(guī)能源的短缺，越來越多的國家開始大力發(fā)展太陽能利用技術(shù)。太陽能光伏發(fā)電是零排放的清潔能源，具有安全可靠、無噪音、無污染、資源取之不盡、建設(shè)周期短、使用壽命長等優(yōu)勢，因而備受關(guān)注。銅銦鎵砸(CIGS)是一種直接帶隙的P型半導(dǎo)體材料，其吸收系數(shù)高達105/cm，2um厚的銅銦鎵砸薄膜就可吸收90%以上的太陽光。CIGS薄膜的帶隙從1.04eV到1.67eV范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，可實現(xiàn)與太陽光譜的最佳匹配。銅銦鎵砸薄膜太陽電池作為新一代的薄膜電池具有成本低、性能穩(wěn)定、抗輻射能力強、弱光也能發(fā)電等優(yōu)點，其轉(zhuǎn)換效率在薄膜太陽能電池中是最高的，已超過20%的轉(zhuǎn)化率，因此日本、德國、美國等國家都投入巨資進行研宄和產(chǎn)業(yè)化。
[0003]太陽能在環(huán)境上是清潔的并且從某種角度上已經(jīng)成功，但是，在使其進入普通百姓的家庭之前，仍有許多問題有待解決。例如，單晶硅太陽能電池能夠?qū)⒐饽苻D(zhuǎn)化為電能，然而，單晶硅材料是比較昂貴的。在使用薄膜技術(shù)制造太陽能電池時，也存在一些問題，如薄膜的可靠性較差，并且在傳統(tǒng)的環(huán)境應(yīng)用中不能長時間使用，薄膜難以彼此有效的結(jié)合在一起等。
[0004]為提高CIGS基薄膜電池的轉(zhuǎn)換效率，有必要將堿金屬摻雜到CIGS光吸收層中，研宄表明，鈉的摻雜對CIGS基薄膜電池的轉(zhuǎn)換效率提升最大，接著是鉀和鋰。
[0005]中國專利CN200580011949.0公開了對光吸收層的堿金屬摻雜方法，即在Mo電極層上形成Na浸漬層，接著在其上再形成CIGS光吸收層。此種方法會存在以下問題:1)使用堿稀釋溶液在Mo電極層上形成Na浸漬層會造成工藝的復(fù)雜化；2)在Mo電極層與CIGS光吸收層之間形成Na浸漬層，會造成Mo電極層與CIGS光吸收層之間的粘結(jié)不牢固，容易使膜層剝落；3)在Mo電極層與CIGS光吸收層之間形成Na浸漬層，在經(jīng)過砸化或硫化工序之后，其表面會出現(xiàn)斑點，這會使產(chǎn)品的外觀大為受損而導(dǎo)致商品價值下降。
[0006]中國專利CN200580014778.7公開了一種黃銅礦型薄膜太陽能電池的制造方法，該方法由如下工序組成:第一工序是在Mo電極層上形成通過濺射法而層疊了 In金屬層和Cu-Ga合金層的前驅(qū)物質(zhì)；第二工序為在前驅(qū)物質(zhì)上附著堿金屬含有液，形成一含堿層，該含堿層為四硼酸鈉；第三工序是對其進行砸化處理，從而形成CIGS光吸收層。該專利公開的方法可以解決Mo電極層與CIGS光吸收之間粘結(jié)不牢的問題，且砸化后其外觀不會出現(xiàn)斑點問題，但是該專利用四硼酸鈉對CIGS光吸收層進行堿摻雜的過程，硼元素會擴散進入CIGS光吸收層，會使CIGS光吸收層受到毒化，從而使電池的性能下降。該專利使用濕法對CIGS光吸收層進行堿金屬的摻雜，會使整個工藝復(fù)雜化。
[0007]Rudmann等人(Rudmann et al., Thin Solid Films 32 (2003) 37)研宄了在銅銦嫁砸膜層與第一背電極層之間沉積氟化鈉或砸化鈉層，這種方法雖然可以精確控制鈉擴散進入銅銦鎵砸膜層并促進其晶粒生長，但是此種情況將導(dǎo)致光吸收層與背電極層之間的粘結(jié)性能下降，同時增大這兩層間的肖特基接觸，使光吸收層與背電極層不能實現(xiàn)良好的歐姆接觸。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)之不足，提供一種黃銅礦型薄膜光伏電池及其制作方法，通過利用包含有NaB1j^ Cu-1n-Ga靶材或含有NaB1 3的Cu-Ga靶材濺射沉積對光吸收層進行Na摻雜，既可以實現(xiàn)對CIGS光吸收層中鈉含量的精確控制，又可以與背電極層、CIGS光吸收層的預(yù)制層的工藝相匹配，而且還可以降低制造成本。
[0009]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種黃銅礦型薄膜光伏電池的制作方法，包括光吸收層的制作；在光吸收層的制作過程中，是使用包含有0.l-15wt %的NaB13和85-99.9wt%的Cu-1n-Ga的濺射靶材濺射沉積含有NaB1j^ Cu-1n-Ga合金膜層，或者使用包含有0.l-18wt %的NaB1jP 82-99.9wt %的Cu-Ga的濺射靶材濺射沉積含有NaB1 3的Cu-Ga合金膜層，使其對CIGS基薄膜光伏材料的光吸收層進行鈉摻雜；使光吸收層中含有 0.02-1.5at% 的鈉。
[0010]所述光吸收層為銅銦鎵砸、銅銦鎵硫或銅銦鎵砸硫，所述光吸收層中也可含有一定量的Al元素。
[0011 ] 所述的濺射靶材的NaB13^量優(yōu)選為0.8-10wt %，Cu-1n-Ga含量優(yōu)選為90-99.2wt% ;NaBi03含量更優(yōu)選為 L 5-8wt%, Cu-1n-Ga 含量更優(yōu)選為 92-98.5wt%。所述的濺射靶材的NaB13含量優(yōu)選為0.6-12wt%, Cu-Ga含量優(yōu)選為88-99.4wt%；NaB1 3含量更優(yōu)選為L 8-9wt%, Cu-Ga含量更優(yōu)選為91-98.2wt%。
[0012]所述光吸收層中含有0.02-1.5at%的鈉，鈉的含量優(yōu)選為0.02-1.2at%，鈉的含量更優(yōu)選為0.05-1.0at%，鈉的含量最優(yōu)選為0.07-0.8at%。
[0013]一種黃銅礦型薄膜光伏電池，包括:
[0014]具有表面的襯底；
[0015]覆蓋所述襯底表面的電介質(zhì)材料層；
[0016]覆蓋所述電介質(zhì)材料層的背電極層；
[0017]覆蓋所述背電極層的含有Na、Bi和O元素的光吸收層；
[0018]覆蓋所述含有Na、Bi和O元素的光吸收層的緩沖層；和
[0019]覆蓋所述緩沖層的透明導(dǎo)電窗口層。
[0020]所述含有Na、Bi和O元素的光吸收層是通過使用包含有0.l_15wt%的NaB13和85-99.9wt%的Cu-1n-Ga的濺射靶材濺射沉積含有NaB13的合金膜層，或者使用包含有0.1-18被％的NaB1jP 82-99.9被％的Cu-Ga的濺射靶材濺射沉積含有NaB1 3的合金膜層，使含有NaB13的合金膜層與CIGS光吸收層的預(yù)制層組合形成復(fù)合膜層，然后對復(fù)合膜層進行砸化和/或硫化熱處理形成的；或者，所述含有Na、Bi和O元素的光吸收層是通過使用包含有0.1-15?丨％的NaB1jP 85-99.9wt %的Cu-1n-Ga的濺射靶材或使用包含有 0.l-18wt% 的 NaB1jP 82-99.9wt % 的 Cu-Ga 的濺射靶材與 Cu-1n-Ga 靶材、Cu-Ga靶材或In靶材一起進行反應(yīng)濺射形成的；所述含有Na、Bi和O元素的光吸收層中含有0.02-1.5at% 的鈉。
[0021]所述反應(yīng)濺射過程通入適量的含砸和/或硫元素的氣體。
[0022]所述復(fù)合膜層中含有NaB13的合金膜層的位置在背電極層與CIGS光吸收層的預(yù)制層之間和/或在CIGS光吸收層的預(yù)制層中和/或在CIGS光吸收層的預(yù)制層的上表面。
[0023]所述CIGS光吸收層的預(yù)制層為銅銦鎵、銅銦鎵砸、銅銦鎵硫、銅銦鎵砸硫、銅銦、銅銦砸、銅銦硫或銅銦砸硫。
[0024]在光吸收層中Cu/(In+Ga)原子比約為0.85-0.98。
[0025]所述襯底為鈉鈣玻璃襯底、不銹鋼薄板、聚酰亞胺板、鋁薄板或鈦薄板。
[0026]所述電介質(zhì)材料層由氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氮化鈦、氧化鈦、氮氧化鈦、氮氧化鋯、氧化鋯、氮化鋯、氮化鋁、氧化鋁、氧化硅鋁、氮化硅鋁、氮氧化硅鋁、鋅錫氧化物或它們的混合物組成；或者是，所述電介質(zhì)材料層由硅、鋯和鈦中的至少一種元素與鉬組成的至少兩種元素的氧化物、氮化物或氮氧化物組成；當(dāng)襯底為玻璃基板時，所述電介質(zhì)材料層由一含有L1、K中至少一種元素的堿過濾層替代，該堿過濾層包含L1、K中的至少一種元素和S1、Al、O三種元素。
[0027]所述背電極層為鉬電極層、鈦電極層、鉻電極層或AZO透明導(dǎo)電層。
[0028]所述含有Na、Bi和O元素的光吸收層為具有黃銅礦結(jié)構(gòu)的含有Na、Bi和O元素的銅銦鎵砸膜層、含有Na、Bi和O元素的銅銦鎵硫膜層或含有Na、Bi和O元素的銅銦鎵砸硫膜層。
[0029]所述緩沖層選用硫化鎘、氧化鋅、硫化鋅、砸化鋅、砸化銦、硫化銦或