雙面薄膜光伏電池及其制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種雙面薄膜光伏電池及其生產(chǎn)工藝，其中雙面薄膜光伏電池，包括自下而上依次設(shè)置的基底、第一透明導(dǎo)電膜、P型光伏吸收層薄膜、N型硫化鎘膜層和第二透明導(dǎo)電膜；所述基底為高分子薄膜材料；所述第一透明導(dǎo)電膜和第二透明導(dǎo)電膜均為通過(guò)物理化學(xué)吸附法處理的石墨烯薄膜。本發(fā)明采用改性的石墨烯薄膜新材料替代常規(guī)CIGS薄膜光伏電池中的透明導(dǎo)電膜和金屬電極層，通過(guò)雙面高透光性、高導(dǎo)電性的石墨烯薄膜，有效提升薄膜光伏電池的光電轉(zhuǎn)換效率。
【專(zhuān)利說(shuō)明】雙面薄膜光伏電池及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及雙面薄膜光伏電池及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽(yáng)能是一種取之不盡，用之不竭的能源。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，光伏太陽(yáng)能行業(yè)取得了較快的發(fā)展。銅銦鎵硒(以下簡(jiǎn)稱(chēng)CIGS)薄膜光伏電池較傳統(tǒng)的晶硅光伏電池，具有半導(dǎo)體材料消耗少、產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)及可輕柔化等優(yōu)勢(shì)，成為未來(lái)光伏太陽(yáng)能行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。盡管CIGS薄膜光伏電池效率已接近傳統(tǒng)多晶硅光伏電池，但依然還有繼續(xù)提高其光電轉(zhuǎn)換效率的潛力。
[0003]石墨烯薄膜材料具有超薄、強(qiáng)度超大、高比表面積、高熱傳導(dǎo)性、高透明、超載流子遷移率、可柔性等特點(diǎn)，有廣泛的應(yīng)用前景與潛力。盡管現(xiàn)在普遍制備出來(lái)的石墨烯薄膜因缺陷等因素，致使其方塊電阻較大。但通過(guò)對(duì)其摻雜進(jìn)行改性，可以獲得高質(zhì)量透明導(dǎo)電膜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的第一個(gè)目的是提供一種采用了雙面高透光性、高導(dǎo)電性石墨烯薄膜的雙面薄膜光伏電池，有效提升轉(zhuǎn)光電換效率。
[0005]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明第一個(gè)目的的技術(shù)方案是:雙面薄膜光伏電池，包括自下而上依次設(shè)置的基底、第一透明導(dǎo)電膜、P型光伏吸收層薄膜、N型硫化鎘膜層和第二透明導(dǎo)電膜；所述基底為高分子薄膜材料；所述第一透明導(dǎo)電膜和第二透明導(dǎo)電膜均為通過(guò)物理化學(xué)吸附法處理的石墨烯薄膜。
[0006]所述基底為玻璃或聚酰亞胺。
[0007]所述第一透明導(dǎo)電膜和第二透明導(dǎo)電膜的厚度均為0.34?3nm。
[0008]所述P型光伏吸收層薄膜的材料為銅銦鎵錫，厚度為1.0?2.5 μ m ;所述N型硫化鎘膜層的厚度為40?60nm。
[0009]本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供前述雙面薄膜光伏電池的制備方法。
[0010]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明第二個(gè)目的的技術(shù)方案是:雙面薄膜光伏電池的制備方法，包括以下步驟:
[0011 ] ①在襯底上采用化學(xué)氣相沉積法沉積第一石墨烯薄膜層；
[0012]②采用剝離技術(shù)將襯底上的第一石墨烯薄膜層剝離，轉(zhuǎn)移、貼合至基底上，然后采用物理化學(xué)吸附法對(duì)第一石墨烯薄膜層進(jìn)行改性處理得到第一透明導(dǎo)電膜；接著采用物理氣相沉積法沉積P型光伏吸收層薄膜；然后采用化學(xué)水浴法或物理氣相沉積法沉積N型硫化鎘膜層；
[0013]③重復(fù)步驟①得到第二石墨烯薄膜層，采用剝離技術(shù)將襯底上的第二石墨烯薄膜層剝離，轉(zhuǎn)移、貼合至在N型硫化鎘膜層上，然后采用物理化學(xué)吸附法對(duì)第二石墨烯薄膜層進(jìn)行改性處理得到第二透明導(dǎo)電膜，形成本實(shí)施例的雙面薄膜光伏電池。[0014]優(yōu)選的技術(shù)方案:所述步驟①中的襯底為鎳或銅。
[0015]優(yōu)選的技術(shù)方案:所述步驟①中的化學(xué)氣相沉積法具體為:首先采用熱分解CVD法，在真空腔室內(nèi)通入甲烷，然后經(jīng)由高溫分解并借助輔助氣體處理，在襯底的催化作用下沉積薄膜。
[0016]所述步驟②和步驟③中的物理化學(xué)吸附法具體為:在配有HN03溶液的設(shè)備中，通過(guò)控優(yōu)選的技術(shù)方案:制HN03的濃度、溫度以及石墨烯薄膜在溶液中的浸泡時(shí)間，一定量的HN03分子將吸附在石墨烯薄膜表面。
[0017]優(yōu)選的技術(shù)方案:所述步驟②中的物理氣相沉積法采用多元共蒸發(fā)技術(shù)，具體為:第一步，在基底溫度較低的情況下蒸發(fā)In、Ga、Se形成一層In-Ga-Se預(yù)置層，其中控制原子比例In/Ga=0.7/0.3，In+Ga/Se=2/3 ;第二步，升高基底溫度到一定溫度，蒸發(fā)Cu、Se ;第三步，保持第二步的基底的溫度，蒸發(fā)In、Ga、Se,使多余的Cu2_xSe轉(zhuǎn)化成等化學(xué)計(jì)量比的CIGS，繼續(xù)蒸發(fā)少量的In、Ga、Se，可得到稍微貧銅的CIGSp型黃銅礦結(jié)構(gòu)的樣品，并控制Cu/In+Ga的比例在0.88?0.92的范圍內(nèi)，樣品隨后在蒸發(fā)Se的同時(shí)冷卻到一定溫度，關(guān)閉Se再冷卻到室溫，形成CIGS薄膜。
[0018]另一種優(yōu)選的技術(shù)方案:所述步驟②中的物理氣相沉積法采用磁控濺射后硒化法，具體為:先濺射沉積CIG預(yù)制層，然后在硒蒸氣中對(duì)預(yù)制層進(jìn)行硒化處理，形成CIGS薄膜。
[0019]采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有以下的有益效果:(1)本發(fā)明采用改性的石墨烯薄膜新材料替代常規(guī)CIGS薄膜光伏電池中的透明導(dǎo)電膜和金屬電極層，通過(guò)雙面高透光性、高導(dǎo)電性的石墨烯薄膜，有效提升薄膜光伏電池的光電轉(zhuǎn)換效率。
[0020](2)本發(fā)明的石墨烯薄膜兼具有可柔性，因此本發(fā)明也能滿足輕柔化薄膜光伏電池的需要。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021]為了使本發(fā)明的內(nèi)容更容易被清楚地理解，下面根據(jù)具體實(shí)施例并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明，其中
[0022]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]附圖中的標(biāo)號(hào)為:
[0024]基底101、第一透明導(dǎo)電膜102、P型光伏吸收層薄膜103、N型硫化鎘膜層104、第二透明導(dǎo)電膜105。
【具體實(shí)施方式】
[0025](實(shí)施例1)
[0026]見(jiàn)圖1，本實(shí)施例的雙面薄膜光伏電池，包括自下而上依次設(shè)置的基底101、第一透明導(dǎo)電膜102、P型光伏吸收層薄膜103、N型硫化鎘膜層104和第二透明導(dǎo)電膜105?；?01為高分子薄膜材料。第一透明導(dǎo)電膜102和第二透明導(dǎo)電膜105均為通過(guò)物理化學(xué)吸附法處理的石墨烯薄膜?；?01為玻璃或聚酰亞胺。
[0027]第一透明導(dǎo)電膜102和第二透明導(dǎo)電膜105的厚度均為0.34?3nm。P型光伏吸收層薄膜103的材料為銅銦鎵錫，厚度為1.0?2.5 μ m。N型硫化鎘膜層104的厚度為40 ?60nm。
[0028]本實(shí)施例的雙面薄膜光伏電池的制備方法為:
[0029]①襯底上采用化學(xué)氣相沉積法沉積第一石墨烯薄膜層。
[0030]其中，襯底為鎳或銅；化學(xué)氣相沉積法具體為:首先采用熱分解CVD法，在真空腔室內(nèi)通入甲烷，然后經(jīng)由高溫分解并借助輔助氣體處理，在襯底的催化作用下沉積薄膜。
[0031]②采用剝離技術(shù)將襯底上的第一石墨烯薄膜層剝離，轉(zhuǎn)移、貼合至基底101上，然后采用物理化學(xué)吸附法對(duì)第一石墨烯薄膜層進(jìn)行改性處理得到第一透明導(dǎo)電膜102 ;接著采用物理氣相沉積法沉積P型光伏吸收層薄膜103 ;然后采用化學(xué)水浴法或物理氣相沉積法沉積N型硫化鎘膜層104。
[0032]其中，物理化學(xué)吸附法具體為:在配有HN03溶液的設(shè)備中，通過(guò)控制HN03的濃度、溫度以及石墨烯薄膜在溶液中的浸泡時(shí)間，一定量的HN03分子將吸附在石墨烯薄膜表面。
[0033]物理氣相沉積法采用多元共蒸發(fā)技術(shù)，具體為:第一步，在基底101溫度較低的情況下蒸發(fā)In、Ga、Se形成一層In-Ga-Se預(yù)置層,其中控制原子比例In/Ga=0.7/0.3, In+Ga/Se=2/3 ;第二步，升高基底101溫度到一定溫度，蒸發(fā)Cu、Se ;第三步，保持第二步的基底101的溫度，蒸發(fā)In、Ga、Se，使多余的Cu2-xSe轉(zhuǎn)化成等化學(xué)計(jì)量比的CIGS，繼續(xù)蒸發(fā)少量的In、Ga、Se，可得到稍微貧銅的CIGSp型黃銅礦結(jié)構(gòu)的樣品，并控制Cu/In+Ga的比例在
0.88?0.92的范圍內(nèi)，樣品隨后在蒸發(fā)Se的同時(shí)冷卻到一定溫度，關(guān)閉Se再冷卻到室溫，形成CIGS薄膜。
[0034]③重復(fù)步驟①得到第二石墨烯薄膜層，采用剝離技術(shù)將襯底上的第二石墨烯薄膜層剝離，轉(zhuǎn)移、貼合至在N型硫化鎘膜層104上，然后采用物理化學(xué)吸附法(與步驟②中的物理化學(xué)吸附法相同)對(duì)第二石墨烯薄膜層進(jìn)行改性處理得到第二透明導(dǎo)電膜105，形成本實(shí)施例的雙面薄膜光伏電池。
[0035](實(shí)施例2)
[0036]本實(shí)施例與實(shí)施例1基本相同，不同之處在于:雙面薄膜光伏電池的制備方法的步驟②中的物理氣相沉積法采用磁控濺射后硒化法，具體為:先濺射沉積CIG預(yù)制層，然后在硒蒸氣中對(duì)預(yù)制層進(jìn)行硒化處理，形成CIGS薄膜。
[0037]本實(shí)施例的雙面薄膜光伏電池采用改性的石墨烯薄膜新材料替代常規(guī)CIGS薄膜光伏電池中的透明導(dǎo)電膜和金屬電極層，通過(guò)雙面高透光性、高導(dǎo)電性的石墨烯薄膜，有效提升薄膜光伏電池的光電轉(zhuǎn)換效率。
[0038]以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.雙面薄膜光伏電池，其特征在于:包括自下而上依次設(shè)置的基底(101)、第一透明導(dǎo)電膜(102)、？型光伏吸收層薄膜(103)4型硫化鎘膜層(104)和第二透明導(dǎo)電膜(105);所述基底(101)為高分子薄膜材料；所述第一透明導(dǎo)電膜(102)和第二透明導(dǎo)電膜(105)均為通過(guò)物理化學(xué)吸附法處理的石墨烯薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙面薄膜光伏電池，其特征在于:所述基底(101)為玻璃或聚酰亞胺。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙面薄膜光伏電池，其特征在于:所述第一透明導(dǎo)電膜(102)和第二透明導(dǎo)電膜(105)的厚度均為0.34?3nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙面薄膜光伏電池，其特征在于:所述P型光伏吸收層薄膜(103)的材料為銅銦鎵錫，厚度為1.0?2.5 μ m ;所述N型硫化鎘膜層(104)的厚度為40?60nmo
5.雙面薄膜光伏電池的制備方法，其特征在于:包括以下步驟: ①在襯底上采用化學(xué)氣相沉積法沉積第一石墨烯薄膜層； ②采用剝離技術(shù)將襯底上的第一石墨烯薄膜層剝離，轉(zhuǎn)移、貼合至基底(101)上，然后采用物理化學(xué)吸附法對(duì)第一石墨烯薄膜層進(jìn)行改性處理得到第一透明導(dǎo)電膜(102);接著采用物理氣相沉積法沉積P型光伏吸收層薄膜(103);然后采用化學(xué)水浴法或物理氣相沉積法沉積N型硫化鎘膜層(104); ③重復(fù)步驟①得到第二石墨烯薄膜層，采用剝離技術(shù)將襯底上的第二石墨烯薄膜層剝離，轉(zhuǎn)移、貼合至在N型硫化鎘膜層(104)上，然后采用物理化學(xué)吸附法對(duì)第二石墨烯薄膜層進(jìn)行改性處理得到第二透明導(dǎo)電膜(105)，形成本實(shí)施例的雙面薄膜光伏電池。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種雙面薄膜光伏電池，其特征在于:所述步驟①中的襯底為鎳或銅。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種雙面薄膜光伏電池，其特征在于:所述步驟①中的化學(xué)氣相沉積法具體為:首先采用熱分解CVD法，在真空腔室內(nèi)通入甲烷，然后經(jīng)由高溫分解并借助輔助氣體處理，在襯底的催化作用下沉積薄膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種雙面薄膜光伏電池，其特征在于:所述步驟②和步驟③中的物理化學(xué)吸附法具體為:在配有HN03溶液的設(shè)備中，通過(guò)控制HN03的濃度、溫度以及石墨烯薄膜在溶液中的浸泡時(shí)間，一定量的HN03分子將吸附在石墨烯薄膜表面。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種雙面薄膜光伏電池，其特征在于:所述步驟②中的物理氣相沉積法采用多元共蒸發(fā)技術(shù)，具體為:第一步，在基底(101)溫度較低的情況下蒸發(fā)In、Ga、Se形成一層In-Ga-Se預(yù)置層，其中控制原子比例In/Ga=0.7/0.3，In+Ga/Se=2/3 ;第二步，升高基底(101)溫度到一定溫度，蒸發(fā)Cu、Se ;第三步，保持第二步的基底(101)的溫度，蒸發(fā)In、Ga、Se，使多余的Cu2_XSe轉(zhuǎn)化成等化學(xué)計(jì)量比的CIGS，繼續(xù)蒸發(fā)少量的In、Ga、Se，可得到稍微貧銅的CIGSp型黃銅礦結(jié)構(gòu)的樣品，并控制Cu/In+Ga的比例在0.88?0.92的范圍內(nèi)，樣品隨后在蒸發(fā)Se的同時(shí)冷卻到一定溫度，關(guān)閉Se再冷卻到室溫，形成CIGS薄膜。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種雙面薄膜光伏電池，其特征在于:所述步驟②中的物理氣相沉積法采用磁控濺射后硒化法，具體為:先濺射沉積CIG預(yù)制層，然后在硒蒸氣中對(duì)預(yù)制層進(jìn)行硒化處理，形成CIGS薄膜。
【文檔編號(hào)】H01L31/18GK103811567SQ201410083895
【公開(kāi)日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2014年3月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月7日
【發(fā)明者】來(lái)霸, 王奇, 于化叢 申請(qǐng)人:南京漢能光伏有限公司