CN109273540A - 铜铟镓硒薄膜太阳能电池电极及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开铜铟镓硒薄膜太阳能电池电极，包括玻璃基板，玻璃基板顶面由下至上依次层叠有第一阻挡层、金属层、内Mo层、第二阻挡层与外Mo层；第一阻挡层为厚度10～200nm的SiN膜层或SiOxNy膜层；金属层为厚度20～200nm的Al层或Cu层；第二阻挡层为厚度5～50nm的MoN膜层或TiN膜层；内Mo层的厚度为100～800nm，所述外Mo层的厚度为20～200nm；通过磁控溅射工艺在玻璃基板表面溅镀各膜层即得到本电极，电极在有效降低铜铟镓硒薄膜电池成本的同时，更进一步提高了薄膜电池的性能，且工艺简单，制备方便。
Description
技术领域
本发明涉及薄膜太阳能电池技术领域，具体是一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池电极及其制备方法。
背景技术
太阳能光伏发电是零排放的清洁能源，具有安全可靠、无噪音、无污染、资源取之不尽、建设周期短、使用寿命长等优势，因而备受关注。铜铟镓硒(CIGS)是一种直接带隙的P型半导体材料，其吸收系数高达105/cm，2μm厚的CIGS薄膜就可吸收90％以上的太阳光。CIGS薄膜的带隙从1.04eV到1.67eV范围内连续可调，可实现与太阳光谱的最佳匹配。CIGS薄膜太阳能电池作为新一代的薄膜电池具有性能稳定、抗辐射能力强、弱光也能发电等优点，其转换效率在薄膜太阳能电池中是最高的，2017年已达到22.6％的转化率，因此日本、德国等国家都投入巨资进行研究和产业化。
在制备CIGS薄膜太阳能电池的过程中，获得高质量的背电极非常重要。背电极的质量直接影响CIGS 吸收层薄膜的结晶、生长及表面形貌，进而对电池性能产生重要影响。在CIGS 吸收层制备过程中，金属钼（Mo）不易同铜（Cu）或铟（In）合金化，不易在CIGS 吸收层中扩散，具备较高的稳定性，并且同CIGS 吸收层之间具有较低的接触阻抗，使其成为CIGS 薄膜太阳能电池优选背电极材料。
然而，金属钼作为一种稀有金属，其价格相对较高。在量产制造时，如何制备低成本、高效率的铜铟镓硒薄膜太阳能电池，是目前最值得开发研究的课题之一。
发明内容
本发明的目的在于提供铜铟镓硒薄膜太阳能电池电极及其制备方法，该电极在有效降低铜铟镓硒薄膜电池成本的同时，更进一步提高了薄膜电池的性能，且工艺简单，制备方便。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
铜铟镓硒薄膜太阳能电池电极，包括玻璃基板，玻璃基板顶面由下至上依次层叠有第一阻挡层、金属层、内Mo层、第二阻挡层与外Mo层；
所述第一阻挡层为厚度10～200nm 的SiN膜层或SiOxNy膜层；
所述金属层为厚度20～200nm的Al层或Cu层；
所述第二阻挡层为厚度5～50nm 的MoN膜层或TiN膜层；
所述内Mo层的厚度为100～800nm，所述外Mo层的厚度为20～200nm。
本发明还提供一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池电极的制备方法，包括以下步骤：
S1、清洗玻璃基板，去除玻璃基板表面的污垢；
S2、采用磁控溅射工艺，在玻璃基板表面溅镀10～200nm 厚度的第一阻挡层，第一阻挡层为SiN膜层或SiOxNy膜层,溅射的工作气体为氩气，反应气体为氮气，溅射功率密度为0.5～4.0W/cm2，氩气流量为100～200sccm，氮气流量为10～150sccm；
S3、采用磁控溅射工艺，在第一阻挡层表面溅镀20～200nm厚度的金属层，金属层为Al层或Cu层；溅射功率密度为0.5～5.0W/cm2，氩气流量为100～200sccm；
S4、采用磁控溅射工艺，在金属层表面溅镀100～800nm厚度的内Mo层；
S5、采用磁控溅射工艺，在内Mo层表面溅镀5～50nm 厚度的第二阻挡层, 第二阻挡层为MoN膜层或TiN膜层；
S6、采用磁控溅射工艺，在第二阻挡层表面溅镀20～200nm厚度的外Mo层，得到权利要求1所述的铜铟镓硒薄膜太阳能电池电极。
本发明的有益效果是，通过在第一阻挡层上增加金属层，同时减薄内Mo膜层厚度，一方面减少了稀有金属Mo的使用量，有效地降低了铜铟镓硒薄膜太阳能电池背电极成本；另一方面，Al、Cu等金属具有更优的反射性能，高的反射率可以反射更多透过CIGS吸收层的入射光，增大入射光辐射在CIGS吸收层的光程，增加光生载流子在P-N 结区产生的几率，从而提高薄膜电池的短路电流及光电转换效率。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明提供铜铟镓硒薄膜太阳能电池电极，包括玻璃基板1，玻璃基板1顶面由下至上依次层叠有第一阻挡层2、金属层3、内Mo层4、第二阻挡层5与外Mo层6；
所述第一阻挡层2为厚度10～200nm 的SiN膜层或SiOxNy膜层；
所述金属层3为厚度20～200nm的Al层或Cu层；
所述第二阻挡层5为厚度5～50nm 的MoN膜层或TiN膜层；
所述内Mo层4的厚度为100～800nm，所述外Mo层6的厚度为20～200nm。
进一步的，所述第一阻挡层为厚度10～200nm 的SiOxNy膜层。
本发明还提供一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池电极的制备方法，首先清洗玻璃基板1，去除玻璃基板1表面的污垢；然后采用磁控溅射工艺，在玻璃基板表面依次溅镀第一阻挡层2、金属层3、内Mo层4、第二阻挡层5与外Mo层6，本实施例第一阻挡层2为SiN膜层，金属层3为Al层，第二阻挡层5为MoN膜层；在溅镀第一阻挡层2与第二阻挡层5时，溅射工作气体为氩气，反应气体为氮气，采用中频、射频或直流-射频耦合溅射，溅射功率密度为0.5～4.0W/cm2，氩气流量为100～200sccm，氮气流量为10～150sccm；在溅镀金属层3时，采用直流、中频或射频或直流-射频耦合溅射，靶材选用纯度为99.9%的铝靶，靶基距为10cm，溅射功率密度为2.0W/cm2，工作压强为0.5Pa，氩气流量为200sccm，膜层生长速率为0.5nm/s。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (2)
1.铜铟镓硒薄膜太阳能电池电极，其特征在于，包括玻璃基板，玻璃基板顶面由下至上依次层叠有第一阻挡层、金属层、内Mo层、第二阻挡层与外Mo层；
所述第一阻挡层为厚度10～200nm 的SiN膜层或SiOxNy膜层；
所述金属层为厚度20～200nm的Al层或Cu层；
所述第二阻挡层为厚度5～50nm 的MoN膜层或TiN膜层；
所述内Mo层的厚度为100～800nm，所述外Mo层的厚度为20～200nm。
2.铜铟镓硒薄膜太阳能电池电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、清洗玻璃基板，去除玻璃基板表面的污垢；
S2、采用磁控溅射工艺，在玻璃基板表面溅镀10～200nm 厚度的第一阻挡层，第一阻挡层为SiN膜层或SiOxNy膜层,溅射的工作气体为氩气，反应气体为氮气，溅射功率密度为0.5～4.0W/cm2，氩气流量为100～200sccm，氮气流量为10～150sccm；
S3、采用磁控溅射工艺，在第一阻挡层表面溅镀20～200nm厚度的金属层，金属层为Al层或Cu层；溅射功率密度为0.5～5.0W/cm2，氩气流量为100～200sccm；
S4、采用磁控溅射工艺，在金属层表面溅镀100～800nm厚度的内Mo层；
S5、采用磁控溅射工艺，在内Mo层表面溅镀5～50nm 厚度的第二阻挡层, 第二阻挡层为MoN膜层或TiN膜层；
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