陷光结构铜铟镓硒薄膜太阳电池的制备方法.pdf

本发明涉及一种陷光结构铜铟镓硒薄膜太阳电池的制备方法，制备步骤包括：1.制作一面为粗糙面的衬底；2.在衬底的粗糙面上制作背电极；3.在背电极的表面制作铜铟镓硒薄膜；4.在铜铟镓硒薄膜上面自下至上依次制作缓冲层；i-ZnO层；透明窗口层；减反射层和栅线电极，完成陷光结构铜铟镓硒薄膜太阳电池制作过程。本发明在粗糙面背电极上共蒸发形成的1μm厚铜铟镓硒薄膜，经腐蚀，形成表面均方根粗糙度为20nm以下的陷光结构铜铟镓硒吸收层，增加了光在吸收层中所经过的有效光程，在不损失太阳光的利用率的基础上，大幅较少了稀有金属资源的利用，既实现了对太阳光的有效利用，又大幅降低电池的生产成本，具有极其广泛的应用前景。

权利要求书1.  陷光结构铜铟镓硒薄膜太阳电池的制备方法，其特征在于：包括以下制备步骤：步骤1.制作一面为粗糙面的衬底采用等离子体刻蚀机，设置功率为0.5kw-1kw，压强为3×10-2pa-5×10-2pa，通过Ar2对钙钠玻璃、PI、钛箔或不锈钢一面进行均方根粗糙度为50-100nm的等离子体刻蚀，作为一面为粗糙面的衬底1；步骤2.在衬底的粗糙面上制作背电极通过直流磁控溅射沉积系统在粗糙面衬底上沉积与衬底粗糙面的粗糙度相同、厚度为500-700nm的Mo作为背电极2；步骤3.在背电极的表面制作陷光结构铜铟镓硒吸收层采用传统的共蒸发三步法在背电极上制作铜铟镓硒吸收层；背电极上形成粗糙面铜铟镓硒薄膜，采用腐蚀碱液对铜铟镓硒吸收层表明进行腐蚀处理，直至铜铟镓硒薄膜表面的均方根粗糙度为20nm以下的，形成陷光结构铜铟镓硒吸收层；步骤4.制作陷光结构铜铟镓硒薄膜太阳电池在陷光结构铜铟镓硒薄膜上面自下至上依次制作缓冲层4；i-ZnO层5；透明窗口层6；减反射层7和栅线电极8，完成本发明陷光结构铜铟镓硒薄膜太阳电池的制作过程。2.  根据权利要求1所述的陷光结构铜铟镓硒薄膜太阳电池的制备方法，其特征在于：所述腐蚀碱液为浓度为1.5mol/L的NaOH溶液，腐蚀温度为80℃-85℃。3.  根据权利要求1所述的陷光结构铜铟镓硒薄膜太阳电池的制备方法，其特征在于：所述背电极为双层Mo结构。4.  根据权利要求1所述的陷光结构铜铟镓硒薄膜太阳电池的制备方法，其特征在于：所述缓冲层为50nm厚的CdS层；所述i-ZnO层的厚度为50nm；所述透明窗口层为350nm厚的ZnO:Al层；所述减反射层为100nm厚的MgF2层；所述栅线电极为2μm厚的Ni-Al。

说明书陷光结构铜铟镓硒薄膜太阳电池的制备方法
技术领域
本发明属于铜铟镓硒薄膜太阳电池制作技术领域，特别是涉及一种陷光结构铜铟镓硒薄膜太阳电池的制备方法。
背景技术
21世纪人类面临的最大课题是不仅有能源问题，还有环境问题，利用太阳能来解决全球性的能源和环境问题越来越受到人们的重视，各种太阳电池应运而生。在能源日益短缺与过度使用矿石燃料而造成全球暖化的危机中，太阳能光伏发电已成为各国优先考虑发展的洁净能源。铜铟镓硒（铜铟镓硒）化合物太阳电池因转换效率高、弱光发电性能好、稳定性好、无衰减等优点而成为最有希望的光伏器件之一。然而，由于电子产品需求量的不断加大，对于各种稀有金属的需求量也与日俱增，稀有金属的价格日益上涨。在此大背景下，提高稀有金属的利用率对于保护稀有金属资源和降低电池生产成本来说都有巨大的意义。
铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳电池中，吸收层是整个电池的核心部分，大部分光生载流子的输运和收集工作是由吸收层（p型铜铟镓硒层）所完成的。为了保证电池对光的充分吸收，大多将铜铟镓硒吸收层的厚度制成1.5至2.5μm；由于铜铟镓硒均属于贵重的稀有金属资源，造成铜铟镓硒薄膜太阳电池的制作成本难以下降。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种在不损失太阳光的利用率的基础上，较少铜铟镓硒材料的使用，大幅降低电池制作成本的陷光结构铜铟镓硒薄膜太阳电池的制备方法。
本发明包括如下技术方案：
陷光结构铜铟镓硒薄膜太阳电池的制备方法，其特点是：包括以下制备步骤：
步骤1.制作一面为粗糙面的衬底
采用等离子体刻蚀机，设置功率为0.5kw-1kw，压强为3×10-2pa-5×10-2pa，通过Ar2对钙钠玻璃、PI、钛箔或不锈钢一面进行均方根粗糙度为50-100nm的等离子体刻蚀，作为一面为粗糙面的衬底1；
步骤2.在衬底的粗糙面上制作背电极
通过直流磁控溅射沉积系统在粗糙面衬底上沉积与衬底粗糙面的粗糙度相同、厚度为500-700nm的Mo作为背电极2；
步骤3.在背电极的表面制作陷光结构铜铟镓硒吸收层
采用传统的共蒸发三步法在背电极上制作铜铟镓硒吸收层；背电极上形成粗糙面铜铟镓硒薄膜，采用腐蚀碱液对铜铟镓硒吸收层表明进行腐蚀处理，直至铜铟镓硒薄膜表面的均方根粗糙度为20nm以下的，形成陷光结构铜铟镓硒吸收层；
步骤4.制作陷光结构铜铟镓硒薄膜太阳电池
在陷光结构铜铟镓硒薄膜上面自下至上依次制作缓冲层4；i-ZnO层5；透明窗口层6；减反射层7和栅线电极8，完成本发明陷光结构铜铟镓硒薄膜太阳电池的制作过程。
本发明还可以采用如下技术措施：
所述腐蚀碱液为浓度为1.5mol/L的NaOH溶液，腐蚀温度为80℃-85℃。
所述背电极为双层Mo结构。
所述缓冲层为50nm厚的CdS层；所述i-ZnO层的厚度为50nm；所述透明窗口层为350nm厚的ZnO:Al层；所述减反射层为100nm厚的MgF2层；所述栅线电极为2μm厚的Ni-Al。
本发明具有的优点和积极效果：
本发明通过在粗糙面背电极上共蒸发形成的1μm厚铜铟镓硒薄膜，经腐蚀，形成表面均方根粗糙度为20nm以下的陷光结构的铜铟镓硒吸收层，增加了光在吸收层中所经过的有效光程，在不损失太阳光的利用率的基础上，大幅较少了稀有金属资源的利用，既实现了对太阳光的有效利用，又大幅降低电池的生产成本，具有极其广泛的应用前景。
附图说明
图1是本发明制备的陷光结构铜铟镓硒薄膜太阳电池示意图。
图中，1-衬底，2-背电极，3-铜铟镓硒吸收层，4-缓冲层，5-i-ZnO层，6-透明窗口层，7-减反射层，8-栅线电极。
具体实施方式
为能进一步公开本发明的发明内容、特点及功效，特例举以下实例并结合附图进行详细说明如下：
陷光结构铜铟镓硒薄膜太阳电池的制备方法，其特点是：包括以下制备步骤：
步骤1.制作一面为粗糙面的衬底
采用等离子体刻蚀机，设置功率为0.5kw-1kw，压强为3×10-2pa-5×10-2pa，通过Ar2对钙钠玻璃、PI、钛箔或不锈钢一面进行均方根粗糙度为50-100nm的等离子体刻蚀，作为一面为粗糙面的衬底1；
步骤2.在衬底的粗糙面上制作背电极
通过直流磁控溅射沉积系统在粗糙面衬底上沉积与衬底粗糙面的粗糙度相同、厚度为500-700nm的Mo作为背电极2；
步骤3.在背电极的表面制作陷光结构铜铟镓硒吸收层
采用传统的共蒸发三步法在背电极上制作铜铟镓硒吸收层；背电极上形成粗糙面铜铟镓硒薄膜，采用腐蚀碱液对铜铟镓硒吸收层表明进行腐蚀处理，直至铜铟镓硒薄膜表面的均方根粗糙度为20nm以下的，形成陷光结构铜铟镓硒吸收层；
步骤4.制作陷光结构铜铟镓硒薄膜太阳电池
在陷光结构铜铟镓硒薄膜上面自下至上依次制作缓冲层4；i-ZnO层5；透明窗口层6；减反射层7和栅线电极8，完成本发明陷光结构铜铟镓硒薄膜太阳电池的制作过程。
所述腐蚀碱液为浓度为1.5mol/L的NaOH溶液，腐蚀温度为80℃-85℃。
所述背电极为双层Mo结构。
所述缓冲层为50nm厚的CdS层；所述i-ZnO层的厚度为50nm；所述透明窗口层为350nm厚的ZnO:Al层；所述减反射层为100nm厚的MgF2层；所述栅线电极为2μm厚的Ni-Al。
实施例1：
步骤1.制作一面为粗糙面的衬底
采用等离子体刻蚀机，设置功率为0.5kw，压强为4×10-2pa，通过Ar2对钛箔一面进行均方根粗糙度为100nm的等离子体刻蚀，作为一面为粗糙面的衬底1；
步骤2.在衬底的粗糙面上制作背电极
通过直流磁控溅射沉积系统在粗糙面衬底上沉积与衬底粗糙面的粗糙度相同、厚度为600nm的双层Mo结构作为背电极2；
步骤3.在背电极的表面制作陷光结构铜铟镓硒吸收层
将制有背电极的钛箔清洗后放入真空室，采用传统的共蒸发三步法在背电极上制作铜铟镓硒吸收层；背电极上形成粗糙面铜铟镓硒薄膜，采用浓度为1.5mol/L的NaOH溶液，腐蚀温度为85℃的腐蚀碱液对铜铟镓硒薄膜表明层进行腐蚀处理，直至铜铟镓硒薄膜表面的均方根粗糙度为20nm以下的，形成厚度为1μm的陷光结构铜铟镓硒吸收层3；
步骤4.制作陷光结构铜铟镓硒薄膜太阳电池
在陷光结构铜铟镓硒吸收层上面自下至上依次制作50nm厚的CdS缓冲层4；50nm厚的i-ZnO层5；350nm厚的ZnO:Al透明窗口层6；100nm厚的MgF2减反射层7和2μm厚的Ni-Al栅线电极8，完成如1所示本发明一种陷光结构铜铟镓硒薄膜太阳电池的制作过程。
实施例2：
步骤1.制作一面为粗糙面的衬底
采用等离子体刻蚀机，设置功率为1kw，压强为5×10-2pa，通过Ar2对不锈钢箔一面进行均方根粗糙度为100nm的等离子体刻蚀，作为一面为粗糙面的衬底1；
步骤2.在衬底的粗糙面上制作背电极
通过直流磁控溅射沉积系统在粗糙面衬底上沉积与衬底粗糙面的粗糙度相同、厚度为600nm的双层Mo结构作为背电极2；
步骤3.在背电极的表面制作陷光结构铜铟镓硒吸收层
将制有背电极的钛箔清洗后放入真空室，采用传统的共蒸发三步法在背电极上制作铜铟镓硒吸收层；背电极上形成粗糙面铜铟镓硒薄膜，采用浓度 为1.5mol/L的NaOH溶液，腐蚀温度为85℃的腐蚀碱液对铜铟镓硒薄膜表明层进行腐蚀处理，直至铜铟镓硒薄膜表面的均方根粗糙度为20nm以下的，形成厚度为1μm的陷光结构铜铟镓硒吸收层3；
步骤4.制作陷光结构铜铟镓硒薄膜太阳电池在陷光结构铜铟镓硒吸收层上面自下至上依次制作50nm厚的CdS缓冲层4；50nm厚的i-ZnO层5；350nm厚的ZnO:Al透明窗口层6；100nm厚的MgF2减反射层7和2μm厚的Ni-Al栅线电极8，完成如1所示本发明一种陷光结构铜铟镓硒薄膜太阳电池的制作过程。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式。这些均属于本发明的保护范围之内。