CN102044577B - 一种柔性薄膜太阳电池及其制造方法 - Google Patents
一种柔性薄膜太阳电池及其制造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102044577B CN102044577B CN2010105493295A CN201010549329A CN102044577B CN 102044577 B CN102044577 B CN 102044577B CN 2010105493295 A CN2010105493295 A CN 2010105493295A CN 201010549329 A CN201010549329 A CN 201010549329A CN 102044577 B CN102044577 B CN 102044577B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- film
- solar cell
- thickness
- target
- thin film
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 44
- 239000010409 thin film Substances 0.000 title claims abstract description 38
- 239000010408 film Substances 0.000 claims abstract description 58
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 23
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 21
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims abstract description 20
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims abstract description 18
- 239000005083 Zinc sulfide Substances 0.000 claims abstract description 16
- DRDVZXDWVBGGMH-UHFFFAOYSA-N zinc;sulfide Chemical compound [S-2].[Zn+2] DRDVZXDWVBGGMH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- -1 copper-indium-aluminum-selenium Chemical compound 0.000 claims abstract description 14
- 229910052984 zinc sulfide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- JYMITAMFTJDTAE-UHFFFAOYSA-N aluminum zinc oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Al+3].[Zn+2] JYMITAMFTJDTAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 20
- 239000011669 selenium Substances 0.000 claims description 20
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 16
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 16
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 15
- 238000013459 approach Methods 0.000 claims description 13
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 13
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 9
- WUUZKBJEUBFVMV-UHFFFAOYSA-N copper molybdenum Chemical compound [Cu].[Mo] WUUZKBJEUBFVMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 claims description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 7
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N Dihydrogen sulfide Chemical compound S RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910000037 hydrogen sulfide Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 claims description 6
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910018565 CuAl Inorganic materials 0.000 claims description 3
- BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N Selenium Chemical compound [Se] BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 claims description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 3
- 239000003595 mist Substances 0.000 claims description 3
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims description 3
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims description 2
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 claims description 2
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims description 2
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 claims description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 abstract description 6
- 230000008901 benefit Effects 0.000 abstract description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 3
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 abstract description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 abstract description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract description 2
- NPXOKRUENSOPAO-UHFFFAOYSA-N Raney nickel Chemical compound [Al].[Ni] NPXOKRUENSOPAO-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 2
- 230000000873 masking effect Effects 0.000 abstract 1
- 231100000701 toxic element Toxicity 0.000 abstract 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 12
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 7
- 238000011161 development Methods 0.000 description 6
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 3
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 3
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- DWGQLIHNAWNSTB-UHFFFAOYSA-N [AlH3].[Se] Chemical compound [AlH3].[Se] DWGQLIHNAWNSTB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- HVMJUDPAXRRVQO-UHFFFAOYSA-N copper indium Chemical compound [Cu].[In] HVMJUDPAXRRVQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000975 dye Substances 0.000 description 2
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 2
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011244 liquid electrolyte Substances 0.000 description 2
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 2
- MARUHZGHZWCEQU-UHFFFAOYSA-N 5-phenyl-2h-tetrazole Chemical compound C1=CC=CC=C1C1=NNN=N1 MARUHZGHZWCEQU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 1
- 206010070834 Sensitisation Diseases 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 description 1
- BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N cadmium atom Chemical compound [Cd] BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DVRDHUBQLOKMHZ-UHFFFAOYSA-N chalcopyrite Chemical group [S-2].[S-2].[Fe+2].[Cu+2] DVRDHUBQLOKMHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052951 chalcopyrite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 231100000614 poison Toxicity 0.000 description 1
- 230000007096 poisonous effect Effects 0.000 description 1
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 1
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 230000008313 sensitization Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000005361 soda-lime glass Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000005987 sulfurization reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052714 tellurium Inorganic materials 0.000 description 1
- PORWMNRCUJJQNO-UHFFFAOYSA-N tellurium atom Chemical compound [Te] PORWMNRCUJJQNO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
本发明公开了一种柔性薄膜太阳电池及其制造方法，该薄膜太阳电池从下到上依次由聚亚酰胺、钼背电极、铜铟铝硒光吸收层、硫化锌缓冲层、氧化锌铝窗口层和镍铝顶电极构成。本发明还公开了一种柔性薄膜太阳电池的制备方法，包括：1）采用直流磁控溅射法在聚亚酰胺基底上沉积0.3～3.0μm的钼背电极；2）采用溅射硒化法在钼背电极上沉积0.5～5.0μm的铜铟铝硒薄膜；3）在铜铟铝硒薄膜上采用射频反应溅射法生长硫化锌薄膜；4）采用直流磁控溅射法在硫化锌薄膜上生长氧化锌铝薄膜；5）采用蒸发法掩膜沉积镍铝合金薄膜。本发明大大减少了稀贵金属和有毒元素的使用，具有结构及制造工艺简单、光电转化效率高且稳定性良好等优点。
Description
技术领域
本发明属于光电材料与新能源技术领域，具体涉及一种柔性薄膜太阳电池及其制造方法。
背景技术
在太阳能的各种利用方式中，太阳电池发电是发展最快、最具活力和最受瞩目的领域，可望成为解决日益严重的能源危机和环境污染问题的有效途径。太阳电池产业自1990年代后半期起进入了快速发展阶段，最近10年太阳电池的年平均增长率为41.3%，最近5年的年平均增长率为49.5%。虽然发展速度如此之快，但目前太阳电池发电在整个社会能源结构中的比例还是非常小，不到1%。因此，太阳电池的发展潜力极其巨大，市场前景广阔。
目前在工业生产和市场上处于主导地位的太阳电池是基于晶体硅（单晶硅和多晶硅）的第一代太阳电池，其光电转化效率高（已分别可达24.7%和20.3%），技术也比较成熟，产量占整个太阳电池90%左右（单晶硅43.4％、多晶硅46.5％）。但由于需要消耗大量昂贵的高纯晶体硅原料，原料成本占总成本60%～80%，导致价格居高不下，已成为光伏产业发展及太阳电池推广应用的主要障碍。为了节省原材料，有效降低太阳电池的成本，基于薄膜技术的第二代太阳电池逐渐显示出巨大优势和发展潜力，成为近些年来太阳电池领域的研究热点。
在各种薄膜太阳电池中，非晶硅薄膜太阳电池虽然成本较低，但效率也较低，且存在光衰效应难以解决；染料敏化太阳电池虽然成本低，但由于采用液体电解质和有机染料，使得制造封装困难、效率不稳定，碲化镉太阳电池虽然效率能达到要求，但需要使用稀有元素碲，还含有剧毒重金属元素镉，铜铟镓硒系薄膜太阳电池具有环境友好、成本低廉和性能优良等优势，但由于铟、镓的使用使其发展情景不被看好，如何避免和降低这些稀有金属的使用是一项非常具有使用情景的课题之一。
传统的无机薄膜半导体太阳电池结构采用刚性材料如钠钙玻璃作基底，这限制了各层薄膜材料的大面积沉积，同时也限制了电池的使用领域。随着太阳电池成本的降低，该种电池越来越来多应用空间如屋顶安装太阳电池板、旅行背包用电源等等，这就要求其使用具有柔性特性的基底，柔性基底具有高比功率、质轻、可卷曲折叠、不怕摔碰、抗辐射能力强等特点，而且还能以卷绕式连续化沉积，其材料和生产成本具有更大的降低空间，无论在军用还是民用，都具有广阔的市场前景和巨大的需求背景。
发明内容
为了克服弥补现有非晶硅、染料敏化、碲化镉和铜铟镓硒等薄膜太阳电池的不足，本发明提供一种结构和制造工艺简单、成本低廉、环境友好、性能稳定、转化效率高的柔性薄膜太阳电池及其制造方法。
本发明的柔性薄膜太阳电池通过以下技术方案予以解决：
所述柔性薄膜太阳电池，从下到上依次由基底、背电极、光吸收层、缓冲层、窗口层和顶电极构成，所述的缓冲层为硫化锌薄膜，其厚度为20～100nm，所述的窗口层为氧化锌铝薄膜，其厚度为0.2～5.0μm，所述的顶电极为镍铝合金薄膜，其厚度为0.2～5.0μm，所述基底为聚亚酰胺（polyimides，缩略词为PI），其厚度为10～100μm，所述的光吸收层为铜铟铝硒（CIAS）薄膜，其厚度为0.5～5.0μm，所述背电极为钼（Mo）膜，其厚度为0.3～3.0μm。
聚亚酰胺具有可折叠、密度小等优点，在短时间高温沉积薄膜工艺过程中，同时具有耐辐射、难老化、不吸水、绝缘性能好等性能，是一种制备柔性薄膜太阳电池较为理想的柔性基底材料之一，光吸收层采用铜铟铝硒薄膜，可降低稀有金属铟、镓的使用，且在聚亚酰胺基底上沉积钼背电极，可以使光吸收层材料与基底保持良好的结合力。
优选的，所述钼膜是纯钼金属膜，或钼铜合金薄膜，其中铜含量的重量百分比为2～40%。
本发明的制造柔性薄膜太阳电池的方法通过以下技术方案予以解决：
所述柔性薄膜太阳电池的制造方法，包括以下步骤：
1）背电极制造：在基底表面上沉积背电极，所述基底为聚亚酰胺，其厚度为10～100μm，所述背电极为钼膜，其厚度为0.3～3.0μm；
2）光吸收层制造：在所述背电极上沉积光吸收层，所述光吸收层为铜铟铝硒薄膜，其厚度为0.5～5.0μm；
3）缓冲层制造：在所述铜铟铝硒薄膜上沉积缓冲层，所述缓冲层为硫化锌薄膜，其厚度为20～100nm；
4）窗口层制造：在所述硫化锌薄膜上沉积窗口层，所述窗口层为氧化锌铝薄膜，其厚度为0.2～5.0μm，其中氧化铝掺杂量的重量百分比为1～5%；
5）顶电极的制造：在所述氧化锌铝薄膜上沉积顶电极，所述顶电极为镍铝合金薄膜，其厚度为0.2～5.0μm，其中铝含量为重量百分比1-100%。
优选的，所述步骤1）背电极的制造采用直流磁控溅射法，在所述基底表面采用纯钼或钼-铜合金靶或钼、铜双靶直流磁控溅射制得，其溅射的工作气体为高纯氩气，工作气压为0.05～10.00Pa，溅射功率为40～250W，热处理温度为300～450℃。
优选的，所述步骤2）光吸收层的制造采用溅射硒化法，其包括如下分步骤：
2.1）采用分步溅射或共溅射的方法形成铜-铟-铝合金预制层：采用Cu靶、In靶和Al靶同时或先后溅射，或采用CuIn合金靶和CuAl合金靶同时或先后溅射，或采用CuInAl合金靶溅射，形成铜-铟-铝合金预制层；
2.2）通过在元素硒气氛中进行硒化处理，硒化温度为300～450℃，扩散形成铜铟铝硒薄膜。
在进一步的优选方案中，所述分步骤2.2）硒化处理采用快速热处理工艺，其包括如下子步骤：
2.2.1）将所述铜-铟-铝合金预制层置于硒化炉中，通入Ar排除管路中的空气；
2.2.2）在Ar/H2Se的混合气氛（气体比例可调）下，快速升温至300～450℃，所述快速升温的工艺参数为：升温速率为0~100℃/s，升温时间为8~40s，终点温度为300～450℃，达到终点温度后保温10-300s；
2.2.3）在Ar/H2Se的混合气氛下冷却至室温；
对于CuInSe2系黄铜矿家族薄膜材料，其结晶温度一般要在450℃以上才能获得较好的结晶性，而采用PI做柔性基底材料极大限制了热处理阶段采用高温的工艺，为了避免PI基底在高温下熔化热解同时又可以获得结晶性良好的薄膜，采用快速热处理（Rapid Treatment Process，缩略词为RTP）工艺解决了这一技术难点，使得热处理温度低于450℃且所得的光吸收层薄膜的结晶性能和与基底的结合力良好。
进一步优化的RTP工艺中：所述子步骤2.2.2）中升温速率为10-50℃/s，终点温度为400℃，保温时间为10-180s；所述子步骤2.2.3）中冷却时间为30~45min。
优选的，所述快速热处理工艺采用卤钨灯快速加热。
优选的，所述步骤3）缓冲层的制造采用射频反应磁控溅射法，其溅射的工作气体为高纯硫化氢与高纯氩气的混合气体，其中硫化氢的含量为1～100%，工作气压为0.05～10.00Pa，靶材为高纯锌靶或硫化锌靶，溅射功率为40～250W，基底温度为200～400℃，从而在所述光吸收层上制备一层硫化锌薄膜，所述步骤4）窗口层的制造采用直流磁控溅射法，其溅射的工作气体为高纯氩气，工作气压为0.05～10.00Pa，溅射功率为40～250W，基底温度为150～400℃，所述步骤5）顶电极的制造通过掩膜用蒸发的方法。
本发明与现有技术对比的有益效果是：本发明制造的太阳电池的各种材料均为无机晶体材料，减少了稀贵元素、有毒元素的使用，也不含液体电解质且不易封装的材料，具有原料来源广泛、结构和工艺简单、成本低廉、绿色环保、性能良好稳定等优点，易于大规模生产和应用。
附图说明
图1为本发明实施例中铜铟铝硒薄膜太阳电池剖面结构示意图；
图2为本发明实施例中制造的铜铟铝硒柔性薄膜太阳电池的I-V特性曲线。
具体实施方式
下面对照附图并结合优选实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明所述的柔性薄膜太阳电池为柔性铜铟铝硒薄膜太阳电池，如图1所示，从下到上依次由聚亚酰胺基底1、背电极2、光吸收层3、缓冲层4、窗口层5、和顶电极6构成。聚亚酰胺基底1的厚度为10～100μm；背电极2为钼膜，其厚度为0.3～3.0μm，本实施例采用钼铜合金薄膜，其中铜含量为2～40%；光吸收层3为CIAS薄膜，其厚度为0.5～5.0μm；缓冲层4为硫化锌薄膜，其厚度为20～100nm；窗口层5为氧化锌铝（ZAO）薄膜，其厚度为0.2～5.0μm；顶电极6为镍铝合金薄膜，其厚度为0.2～5.0μm，其中铝含量的重量百分比为1～100%。
本发明的柔性铜铟铝硒薄膜太阳电池的制造方法依下列步骤进行：
1）背电极2制造：在聚亚酰胺基底1表面上用钼-铜合金靶直流磁控溅射或钼、铜双靶直流磁控溅射，沉积钼铜合金薄膜；
2）光吸收层3制造：采用溅射硒化法在背电极2上沉积一层铜铟铝硒薄膜；
3）缓冲层4制造：采用射频反应溅射法在光吸收层3上沉积一层硫化锌薄膜；
4）窗口层5制造：采用直流磁控溅射氧化铝（1～5%）掺杂的氧化锌靶，沉积制备一层氧化锌铝薄膜；
5）顶电极6的制造：在氧化锌铝薄膜上通过掩膜用蒸发的方法沉积一层镍铝合金薄膜。
上述步骤1）背电极2的制造中直流磁控溅射的工作气体为高纯氩气，工作气压为0.05～10.00Pa，溅射功率为40～250W，热处理温度为300～450℃。
上述步骤2）光吸收层的制造采用溅射硫化法，其包括如下分步骤：
2.1）采用分步溅射或共溅射的方法形成铜-铟-铝合金预制层：采用Cu靶、In靶和Al靶同时或先后溅射，或采用CuIn合金靶和CuAl合金靶同时或先后溅射，或采用CuInAl合金靶溅射，形成铜-铟-铝合金预制层；
2.2）通过在元素硒气氛中进行硒化处理，硒化温度为300～450℃，扩散形成铜铟铝硒薄膜。
进一步优选的，分步骤2.2）硒化处理采用快速热处理工艺，其包括如下子步骤：
2.2.1）将所述铜-铟-铝合金预制层置于硒化炉中，通入Ar排除管路中的空气；
2.2.2）在Ar/H2Se的混合气氛（气体比例可调）下，快速升温至300～450℃，所述快速升温的工艺参数为：升温速率为0~100℃/s，优选升温速率为10-50℃/s，升温时间为8~40s，终点温度为300～450℃，优选终点温度为400℃，达到终点温度后保温10-300s；
2.2.3）在Ar/H2Se的混合气氛下冷却至室温，冷却时间为30~45min，优选40min。
上述步骤3）缓冲层4的射频反应磁控溅射法中，其溅射的工作气体为高纯硫化氢与高纯氩气的混合气体，其中硫化氢的含量为1～100%，工作气压为0.05～10Pa，靶材为高纯锌靶或硫化锌靶，溅射功率为40～250W，基底温度为200～400℃。
上述步骤4）窗口层5的直流磁控溅射法中，其溅射的工作气体为高纯氩气，工作气压为0.05～10.00Pa，溅射功率为40～250W，基底温度为150～400℃。
将制成的1cm*1cm的铜铟铝硒柔性薄膜太阳电池在光谱等级AM1.5、辐照度100mW/cm 
的模拟太阳光下测试，获得图2 所示的I-V测试曲线，短路电流密度为36.39mA/cm2，开路电压为669mV，电池转化效率为5.17%。
图2中各字母的物理含义：横轴V为电压，单位Volts（伏特），Voc为开路电压；纵轴J为电流密度，单位为mA/cm2，Jsc为短路电流密度，FF为填充因子，Eff为转化效率，Area为样品面积。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下做出若干替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种柔性薄膜太阳电池，从下到上依次由基底、背电极、光吸收层、缓冲层、窗口层和顶电极构成，所述的缓冲层为硫化锌薄膜，其厚度为20～100nm，所述的窗口层为氧化锌铝薄膜，其厚度为0.2～5.0μm，所述的顶电极为镍铝合金薄膜，其厚度为0.2～5.0μm，其特征在于：所述基底为聚亚酰胺，其厚度为10～100μm，所述的光吸收层为铜铟铝硒薄膜，其厚度为0.5～5.0μm，所述背电极为钼膜，其厚度为0.3～3.0μm。
2.根据权利要求1所述的柔性薄膜太阳电池，其特征在于：所述钼膜是纯钼金属膜，或钼铜合金薄膜，其中铜含量的重量百分比为2～40%。
3.一种柔性薄膜太阳电池的制造方法，其特征在于包括以下步骤：
1）背电极制造：在基底表面上沉积背电极，所述基底为聚亚酰胺，其厚度为10～100μm，所述背电极为钼膜，其厚度为0.3～3.0μm；
2）光吸收层制造：采用溅射硒化法在所述背电极上沉积光吸收层，所述光吸收层为铜铟铝硒薄膜，其厚度为0.5～5.0μm；
3）缓冲层制造：在所述铜铟铝硒薄膜上沉积缓冲层，所述缓冲层为硫化锌薄膜，其厚度为20～100nm；
4）窗口层制造：在所述硫化锌薄膜上沉积窗口层，所述窗口层为氧化锌铝薄膜，其厚度为0.2～5.0μm，其中氧化铝掺杂量的重量百分比为1～5%；
5）顶电极的制造：在所述氧化锌铝薄膜上沉积顶电极，所述顶电极为镍铝合金薄膜，其厚度为0.2～5.0μm，其中铝含量为重量百分比1-100%。
4.根据权利要求3所述的柔性薄膜太阳电池制造方法，其特征在于：所述步骤1）背电极的制造采用直流磁控溅射法，在所述基底表面采用纯钼或钼-铜合金靶或钼、铜双靶直流磁控溅射制得，其溅射的工作气体为高纯氩气，工作气压为0.05～10.00Pa，溅射功率为40～250W，热处理温度为300～450℃。
5.根据权利要求3所述的柔性薄膜太阳电池制造方法，其特征在于：所述步骤2）的溅射硒化法，其包括如下分步骤：
2.1）采用分步溅射或共溅射的方法形成铜-铟-铝合金预制层：采用Cu靶、In靶和Al靶同时或先后溅射，或采用CuIn合金靶和CuAl合金靶同时或先后溅射，或采用CuInAl合金靶溅射，形成铜-铟-铝合金预制层；
2.2）通过在元素硒气氛中进行硒化处理，硒化温度为300～450℃，扩散形成铜铟铝硒薄膜。
6.根据权利要求5所述的柔性薄膜太阳电池制造方法，其特征在于：所述分步骤2.2）硒化处理采用快速热处理工艺，其包括如下子步骤：
2.2.1）将所述铜-铟-铝合金预制层置于硒化炉中，通入Ar排除管路中的空气；
2.2.2）在Ar/H2Se的混合气氛下，快速升温至300～450℃，所述快速升温的工艺参数为：升温速率为0~100℃/s，升温时间为8~40s，终点温度为300～450℃，达到终点温度后保温10-300s；
2.2.3）在Ar/H2Se的混合气氛下冷却至室温。
7.根据权利要求6所述的柔性薄膜太阳电池制造方法，其特征在于：所述子步骤2.2.2）中升温速率为10-50℃/s，终点温度为400℃，保温时间为10-180s。
8.根据权利要求6所述的柔性薄膜太阳电池制造方法，其特征在于：所述子步骤2.2.3）中冷却时间为30~45min。
9.根据权利要求6或7所述的柔性薄膜太阳电池制造方法，其特征在于：所述快速热处理工艺采用卤钨灯快速加热。
10.根据权利要求3所述的柔性薄膜太阳电池制造方法，其特征在于：所述步骤3）缓冲层的制造采用射频反应磁控溅射法，其溅射的工作气体为高纯硫化氢与高纯氩气的混合气体，其中硫化氢的含量为1～100%，工作气压为0.05～10.00Pa，靶材为高纯锌靶或硫化锌靶，溅射功率为40～250W，基底温度为200～400℃，从而在所述光吸收层上制备一层硫化锌薄膜，所述步骤4）窗口层的制造采用直流磁控溅射氧化铝掺杂的氧化锌靶，其溅射的工作气体为高纯氩气，工作气压为0.05～10.00Pa，溅射功率为40～250W，基底温度为150～400℃；所述步骤5）顶电极的制造通过掩膜用蒸发的方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2010105493295A CN102044577B (zh) | 2010-11-18 | 2010-11-18 | 一种柔性薄膜太阳电池及其制造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2010105493295A CN102044577B (zh) | 2010-11-18 | 2010-11-18 | 一种柔性薄膜太阳电池及其制造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102044577A CN102044577A (zh) | 2011-05-04 |
| CN102044577B true CN102044577B (zh) | 2012-12-19 |
Family
ID=43910563
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2010105493295A Expired - Fee Related CN102044577B (zh) | 2010-11-18 | 2010-11-18 | 一种柔性薄膜太阳电池及其制造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102044577B (zh) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103021822A (zh) * | 2011-09-21 | 2013-04-03 | 光洋应用材料科技股份有限公司 | 利用氧化铝锌靶材制备多层薄膜的方法 |
| CN102403411A (zh) * | 2011-12-07 | 2012-04-04 | 保定天威集团有限公司 | 一种柔性薄膜太阳电池金属背电极及其制备方法 |
| CN102515561A (zh) * | 2011-12-16 | 2012-06-27 | 大连交通大学 | Cu(In,Al)Se2薄膜的制备工艺 |
| CN102903766A (zh) * | 2012-10-12 | 2013-01-30 | 华中科技大学 | 一种无镉铜铟镓硒薄膜太阳能电池及其制备方法 |
| CN103325886B (zh) * | 2013-06-09 | 2017-07-18 | 徐东 | 一种具有能带梯度分布的铜铟铝硒（cias）薄膜的制备方法 |
| US20150007890A1 (en) * | 2013-07-08 | 2015-01-08 | Tsmc Solar Ltd. | Photovoltaic device comprising heat resistant buffer layer, and method of making the same |
| CN105870254B (zh) * | 2016-04-27 | 2017-08-25 | 河南大学 | 一种双靶直流共溅射制备铜铟镓硒吸收层的方法 |
| CN107331615A (zh) * | 2017-06-27 | 2017-11-07 | 南开大学 | 一种脉冲式快速热处理半导体薄膜表面的方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101193750A (zh) * | 2005-04-18 | 2008-06-04 | 东洋纺织株式会社 | 薄膜层压的聚酰亚胺膜和柔性印刷电路板 |
| CN101859812A (zh) * | 2010-04-30 | 2010-10-13 | 浙江大学 | 一种柔性铜铟镓硒薄膜太阳能电池的制备方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009049252A (ja) * | 2007-08-22 | 2009-03-05 | Toppan Printing Co Ltd | 太陽電池用部材 |
| US8613973B2 (en) * | 2007-12-06 | 2013-12-24 | International Business Machines Corporation | Photovoltaic device with solution-processed chalcogenide absorber layer |
-
2010
- 2010-11-18 CN CN2010105493295A patent/CN102044577B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101193750A (zh) * | 2005-04-18 | 2008-06-04 | 东洋纺织株式会社 | 薄膜层压的聚酰亚胺膜和柔性印刷电路板 |
| CN101859812A (zh) * | 2010-04-30 | 2010-10-13 | 浙江大学 | 一种柔性铜铟镓硒薄膜太阳能电池的制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102044577A (zh) | 2011-05-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102044577B (zh) | 一种柔性薄膜太阳电池及其制造方法 | |
| CN101840942A (zh) | 一种薄膜太阳电池及其制造方法 | |
| Li et al. | Fabrication of Cu (In, Ga) Se2 thin films solar cell by selenization process with Se vapor | |
| CN107871795B (zh) | 一种基于柔性钼衬底的镉掺杂铜锌锡硫硒薄膜的带隙梯度的调控方法 | |
| CN102054897B (zh) | 多元素合金单一靶材制备薄膜太阳能电池的方法 | |
| CN101814553B (zh) | 光辅助方法制备铜铟镓硒薄膜太阳电池光吸收层 | |
| CN102652368B (zh) | 太阳能电池中使用的Cu-In-Zn-Sn-(Se,S)基薄膜及其制造方法 | |
| CN101645469B (zh) | 一种薄膜太阳电池及其制造方法 | |
| Muhammad et al. | Recent progressive status of materials for solar photovoltaic cell: A comprehensive review | |
| CN101527332A (zh) | 一种高效薄膜太阳能电池光吸收层的制备方法 | |
| Waleed et al. | Performance improvement of solution-processed CdS/CdTe solar cells with a thin compact TiO 2 buffer layer | |
| Castellano | Solar panel processing | |
| WO2013185506A1 (zh) | 一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池的制备方法 | |
| CN101235475A (zh) | 一种铜铟硫化合物薄膜的制备方法 | |
| CN109638096A (zh) | 一种化合物半导体薄膜太阳能电池制备方法 | |
| CN101882653B (zh) | 基于纳米CdS薄膜的太阳能电池制备方法 | |
| CN100449793C (zh) | 一种铜铟硒CuInSe2太阳能电池及其制备方法 | |
| CN103469170B (zh) | 一种用于薄膜太阳能电池的溅射靶 | |
| CN109671803A (zh) | 一种薄膜太阳能电池制备方法 | |
| CN102005487B (zh) | 一种柔性薄膜太阳电池用光吸收层材料及其制备方法 | |
| CN108389934A (zh) | 一种运用一步溅射法制备铜铟镓硒太阳电池的方法 | |
| CN103668361A (zh) | 一种用于光伏发电***的光伏电池的铜铟锌硒薄膜的制备方法 | |
| CN103474514B (zh) | 铜铟镓硒太阳能电池的制备方法 | |
| CN106684210B (zh) | 一种用于太阳电池的铜锌锡硫硒薄膜制备方法、该方法制备的薄膜及包含该薄膜的太阳电池 | |
| CN105762210B (zh) | 一种用于太阳能电池吸收层的铜铟镓硒薄膜的制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20121219 |