一種新型的銅銦鎵硒薄膜太陽電池?zé)o鎘緩沖層材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于太陽電池領(lǐng)域，涉及以磁控濺射鍍膜技術(shù)制備一種新型的銅銦鎵砸(CIGS)薄膜太陽電池?zé)o鎘緩沖層材料的方法，該緩沖層材料為ZnS與Mg共濺射得到的Zn1 xMgxS 薄膜。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽電池是一種根據(jù)光生伏打效應(yīng)而將太陽能直接轉(zhuǎn)化成電能的半導(dǎo)體器件。CIGS薄膜太陽電池是20世紀80年代研發(fā)出的一種新型太陽電池，具有吸收層材料的吸收系數(shù)大、性能穩(wěn)定、抗輻射能力強、光電轉(zhuǎn)換效率高和弱光效應(yīng)好等特點。目前，CIGS太陽電池的實驗室轉(zhuǎn)換效率已超過多晶硅，因此，其有著良好的應(yīng)用前景。CIGS薄膜太陽電池的典型結(jié)構(gòu)為:襯底(玻璃)/金屬背電極(Mo) /光吸收層(CIGS) /緩沖層(CdS) /窗口層(ZnO)/透明前電極(AZO)/金屬柵線電極(Al)。雖然緩沖層厚度一般只有50nm，但它能與吸收層形成異質(zhì)結(jié)分離載流子以提高少子壽命，并保護吸收層。目前高效的CIGS太陽電池普遍采用硫化鎘(CdS)為緩沖層材料，其實驗室電池效率可達20%以上。CdS緩沖層一般采用化學(xué)水浴法(CBD)制備，與吸收層和窗口層的制備工藝不匹配，不利于流水線規(guī)?；a(chǎn)；并且Cd有毒，不環(huán)保，不符合太陽電池的“環(huán)境友好”的要求；同時硫化鎘的帶隙小，對短波長的可見光有較強的吸收作用，不利于電池效率的進一步提升。為此，人們開始尋找CdS的替代物，并將重點放在硫化鋅等化合物上，但硫化鋅的帶隙仍然偏小，同時其與吸收層存在較大的晶格失配，使界面質(zhì)量下降，電池效率降低。因此，有必要尋找性能比ZnS更好的無鎘緩沖層材料。我們用ZnS摻Mg制備的Zn1 xMgxS薄膜，由于Zn和Mg的離子半徑不同，當(dāng)Mg離子進入ZnS晶格替代部分Zn后，引起陰陽離子間距變化，隨著Mg含量的變化，晶格常數(shù)發(fā)生細微變化，采用合適的摻雜量，可得到比ZnS更合適的晶格參數(shù)，使其與吸收層的晶格匹配良好，改善界面質(zhì)量；由于MgS的帶隙比ZnS的大，Zn1 xMgxS薄膜禁帶寬度隨著Mg含量x的變化呈線性連續(xù)變化，通過改變X可調(diào)控其Eg在3.6eV和4.5eV之間變化，從而可彌補硫化鋅(Eg=3.6eV)帶隙偏小的不足，因此，擴展Zn1 xMgxS的帶隙可使其吸收邊波長藍移，從而增強紫外區(qū)的透過率，提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提供了以磁控濺射鍍膜技術(shù)制備一種新型的銅銦鎵砸(CIGS)薄膜太陽電池?zé)o鎘緩沖層材料Zn1 xMgxS的方法，采用ZnS靶(源)、Mg靶(源)進行共濺射，得到性能良好的Zn1 xMgxS薄膜，作為銅銦鎵砸薄膜太陽電池?zé)o鎘緩沖層。具體制備方法如下。
[0004]在普通鈉鈣玻璃襯底或柔性襯底上依次制備鉬背電極和銅銦鎵砸光吸收層，形成樣片。
[0005]將純度大于99.99%的ZnS靶(源)和Mg靶(源)分別裝入靶座位置。
[0006]將濺射腔的本底真空抽至3 X 10 4Pa以下，采用純度大于99.99%的高純氬氣，調(diào)控濺射腔氣壓為0.2Pa至2Pa之間。
[0007]采用射頻共濺射ZnS靶和Mg革E，濺射氬氣流量為20-35sCCm，兩靶的濺射功率在50-300W內(nèi)分別進行設(shè)定，共濺射15-50分鐘即可得到厚度適中的Zn1 xMgxS緩沖層薄膜。
[0008]本發(fā)明采用磁控濺射方法制備的銅銦鎵砸太陽電池?zé)o鎘緩沖層Zn1 xMgxS薄膜，具有工藝簡單、無污染、沉積速度快、便于大規(guī)模生產(chǎn)等特點。獲得的緩沖層薄膜較致密、均勻、厚度易于控制，彌補了 ZnS帶隙偏小和晶格失配的不足，通過擴展帶隙，還提高了紫外區(qū)的透光率，可取代CdS緩沖層。
【具體實施方式】
[0009]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能更加通俗易懂，下面結(jié)合【具體實施方式】對本發(fā)明做詳細的說明。
[0010]實施例1
(1)在普通鈉鈣玻璃襯底上依次制備鉬背電極和銅銦鎵砸光吸收層，形成樣片；
(2)將純度大于99.99%的ZnS靶(源)和Mg靶(源)分別裝入靶座位置；
(3)將濺射腔的本底真空抽至3X10 4Pa,采用純度為99.99%以上的高純氬氣，調(diào)控濺射腔氣壓為0.5Pa ;
(4)采用射頻共濺射ZnS靶和Mg靶，濺射氬氣流量為30SCCm，ZnS靶的濺射功率為250W，Mg靶的濺射功率為60W，，共濺射20分鐘即可得到Zn1 xMgxS緩沖層薄膜。
[0011]實施例2
(1)在柔性襯底上依次制備鉬背電極和銅銦鎵砸光吸收層，形成樣片；
(2)將純度大于99.99%的ZnS靶(源)和Mg靶(源)分別裝入靶座位置；
(3)將濺射腔的本底真空抽至3X104Pa抽至2X10 4Pa,采用純度為99.99%以上的高純氬氣，調(diào)控濺射腔氣壓為IPa ;
(4)采用射頻共濺射ZnS靶和Mg靶，濺射氬氣流量為25sCCm，ZnS靶的濺射功率為180W，Mg靶的濺射功率為50W，共濺射30分鐘即可得到Zn1 xMgxS緩沖層薄膜。
[0012]以上所述內(nèi)容僅為本發(fā)明構(gòu)思下的基本說明，而依據(jù)本發(fā)明所做的等效變換，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種新型銅銦鎵砸薄膜太陽電池?zé)o鎘緩沖層材料的制備方法，其制備步驟包括:在普通鈉鈣玻璃襯底或柔性襯底上依次制備鉬背電極和銅銦鎵砸光吸收層，形成樣片；將純度大于99.99%的ZnS靶(源)和Mg靶(源)分別裝入靶座位置；將濺射腔的本底真空抽至3X10 4Pa以下，采用純度大于99.99%的高純氬氣，在0.2Pa至2Pa之間調(diào)控濺射腔氣壓；采用射頻共濺射ZnS靶和Mg靶，濺射氬氣流量為20-35SCCm，兩靶的濺射功率在50-300W內(nèi)分別調(diào)控，共濺射15-50分鐘即可得到厚度合適的Zn1 xMgxS緩沖層薄膜。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅銦鎵砸薄膜太陽電池?zé)o鎘緩沖層材料的制備方法，其特征在于:采用ZnS靶(源)、Mg靶(源)共濺射制備Zn1 xMgxS薄膜。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅銦鎵砸薄膜太陽電池?zé)o鎘緩沖層材料的制備方法，其特征在于:本底真空2X 10 4Pa以下，濺射腔氣壓為0.2Pa至2Pa之間，濺射氬氣流量為20-35sccm，兩靶的濺射功率在50-300W內(nèi)調(diào)控，共濺射15-50分鐘。
【專利摘要】本發(fā)明公開一種制備銅銦鎵硒（CIGS）薄膜太陽電池?zé)o鎘緩沖層材料的方法，該方法的特征是采用ZnS靶（源）、Mg靶（源）通過磁控濺射設(shè)備進行共濺射，得到Zn1-xMgxS緩沖層材料。此方法具有工藝簡單、無污染、沉積速度快、便于大規(guī)模生產(chǎn)等特點。Zn1-xMgxS作為CIGS薄膜太陽電池的一種新型緩沖層材料，能夠替代CdS，具有無鎘、環(huán)境友好的特點；通過調(diào)節(jié)ZnS的Mg摻雜比例，可得到比ZnS更合適的晶格參數(shù)，降低了其與吸收層CIGS界面間的失配度，改善了界面質(zhì)量；隨著Mg含量x的變化，還能調(diào)節(jié)Zn1-xMgxS薄膜的帶隙，彌補硫化鋅帶隙偏小的缺點；同時，Zn1-xMgxS的帶隙拓寬還可增強紫外區(qū)的透光率，進而提高銅銦鎵硒薄膜太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率。
【IPC分類】H01L31/0296, H01L31/0445
【公開號】CN105047736
【申請?zhí)枴緾N201510445316
【發(fā)明人】楊雯, 趙恒利, 楊培志, 段良飛, 李學(xué)銘
【申請人】云南師范大學(xué)
【公開日】2015年11月11日
【申請日】2015年7月27日