技术领域
[0001] 本
发明属于
太阳能电池技术领域，具体涉及一种吸收层结构、
薄膜太阳能电池及其制备方法。
背景技术
[0002] 现有的
铜铟镓硒(Cu(InGa)Se2，CIGS)薄膜太阳能电池的器件结构，从下到上依次为钼金属
电极、CIGS吸收层、硫化镉
缓冲层和
氧化锌/掺Al氧化锌(i-ZnO/ZnO:Al)
窗口层。
[0003] 该太阳能电池的开路
电压(Voc)，通常由电池器件中的CIGS吸收层的带隙决定，根据开路电压的计算公式
[0004]
[0005] 其中，Voc代表开路电压，q为
电子电量，Eg为吸收层的带隙宽度，k为玻尔兹曼常数，T为
温度，Iph代表光生
电流，Is0代表饱和电流。
[0006] 由上述计算公式可以看出，太阳能电池的吸收层带隙越大(即Eg越大)则开路电压越大。带隙较大的吸收层有利于提高太阳电池的开路电压，但从
短路电流
密度(Jsc)的
角度分析，大的吸收层带隙会导致器件因为无法吸收长波限以外的
光子导致Jsc损失，而如果吸收层采用低的带隙宽度，又不能保证器件获得高的开路电压。所以目前的CIGS太阳电池的器件结构不能同时保证高的Voc和Jsc。对于太阳电池器件，Voc和Jsc是影响其光电转换效率的重要因素。
[0007] 目前针对该问题，采用的技术方案是改变Se和S在CIGS吸收层表面与CIGS吸收层体内的含量，使CIGS吸收层与硫化镉缓冲层
接触处S含量较高，使其具有较高的带隙，而CIGS吸收层体内的Se含量较高，带隙也较低，从而使太阳能电池期间同时具有较高的开路电压和短路电流密度。但由于S具有较高的扩散系数，通常在高温硫化后，S扩散进CIGS吸收层中最后形成均匀分布，或者在CIGS吸收层中S组分从表面到体内形成由高到低的线性缓变分布，不利于短路电流密度达到更高的
水平。
发明内容
[0008] 因此，本发明要解决的技术问题在于提供一种吸收层结构、薄膜太阳能电池及其制备方法，能够同时提高开路电压和短路电流密度。
[0009] 为了解决上述问题，本发明提供一种吸收层结构，至少包括第一吸收层和第二吸收层，所述第一吸收层叠设在所述第二吸收层上；所述第一吸收层的带隙大于所述第二吸收层的带隙。
[0010] 优选地，所述第二吸收层的材料包括Cu(InGa)Se2，和/或，所述第一吸收层的材料包括Cu(InGa)S2。
[0011] 优选地，所述第二吸收层与所述第一吸收层的厚度比为3:1～7:1；优选为5:1。
[0012] 根据本发明的另一方面，提供了一种薄膜太阳能电池，包括如上所述的吸收层结构。
[0013] 优选地，所述薄膜太阳能电池还包括电极层，所述吸收层结构以所述第二吸收层与所述电极抵接方式制备在所述电极层上。
[0014] 优选地，所述吸收层结构的厚度为1～1.5μm。
[0015] 根据本发明的再一方面，提供了一种如上所述薄膜太阳能电池的制备方法，在所述第一吸收层的材料为Cu(InGa)S2和所述第二吸收层的材料为Cu(InGa)Se2时，所述薄膜太阳能电池的制备方法包括以下步骤：
[0017] ②.在所述电极层上制备Cu(InGa)Se2膜；
[0018] ③.对所述Cu(InGa)Se2膜表面进行硫化处理，获得Cu(InGa)S2层；
[0019] ④.再在所述Cu(InGa)S2层上制备预设层。
[0020] 优选地，步骤②中，Cu(InGa)Se2膜的制备方式包括磁控共溅射、热
蒸发或
电子束蒸发。
[0021] 优选地，所述磁控共溅射包括采用多元化合物靶、
合金靶或金属单质靶方式进行的磁控共溅射。
[0022] 优选地，对步骤②获得的Cu(InGa)Se2膜进行如下处理：在惰性氛围及富硒条件下，500℃～550℃
退火并硒化，时长10～20min。
[0023] 优选地，步骤③中硫化处理为：在惰性氛围中340℃～380℃进行退火并硫化，时长5～8min。
[0024] 优选地，对步骤③硫化处理后的Cu(InGa)Se2膜和Cu(InGa)S2层进行如下处理：在
盐酸和水的体积比为1:9～10的酸液中，浸泡1～2min；去离子水浸泡去除盐酸。
[0025] 本发明提供的一种吸收层结构，至少包括第一吸收层和第二吸收层，所述第一吸收层叠设在所述第二吸收层上；所述第一吸收层的带隙大于所述第二吸收层的带隙。采用两种不同带隙的吸收层，宽带隙吸收层具有高的开路电压，窄带隙吸收层能保证较高的短路电流密度，最终提升了薄膜太阳能电池的光电转换效率。
附图说明
[0026] 图1为本发明
实施例的薄膜太阳能电池的结构示意图。
[0027] 附图标记表示为：
[0028] 1、窗口层；2、缓冲层；3、吸收层结构；31、第一吸收层；32、第二吸收层；4、电极层。
具体实施方式
[0029] 结合参见图1所示，根据本发明的实施例，一种吸收层结构3，至少包括第一吸收层31和第二吸收层32，所述第一吸收层31叠设在所述第二吸收层32上；所述第一吸收层31的带隙大于所述第二吸收层32的带隙。
[0030] 采用至少两种不同带隙的吸收层，
叠加在一起构成吸收层结构3，宽带隙的第一吸收层31使得本吸收层结构3具有高的开路电压，窄带隙的第二吸收层32使得本吸收层结构3具有高的短路电流密度，因此双吸收层结构的吸收层结构3满足同时提高开路电压和短路电流密度，并最终实现
功率转换效率的提高。
[0031] 具体的，第二吸收层32的材料包括Cu(InGa)Se2，和/或，第一吸收层31的材料包括Cu(InGa)S2。
[0032] 在第二吸收层32材料为Cu(InGa)Se2时，通过在Cu(InGa)Se2上叠加带隙较大的第一吸收层31；同理，在第一吸收层31的材料为Cu(InGa)S2时，采用带隙小于Cu(InGa)S2的材料；以及，第一吸收层31的材料为Cu(InGa)S2和第二吸收层32材料为Cu(InGa)Se2时，都能实现同时提高开路电压和短路电流密度的效果。
[0033] 在具体设置的结构中，第二吸收层32与第一吸收层31的厚度比为3:1～7:1；优选为5:1。
[0034] 根据本发明的实施例，一种薄膜太阳能电池，包括如上所述的吸收层结构3。
[0035] 具体的薄膜太阳能电池结构，该薄膜太阳能电池还包括电极，吸收层结构3以第二吸收层32与电极抵接方式叠设在电极上。
[0036] 如图1所示，薄膜太阳能电池由从上至下的窗口层1、缓冲层2、第一吸收层31、第二吸收层32和电极层4构成，各层相应的高度为0.5μm、0.05μm、0.2μm、1μm和100μm。其中，第一吸收层31和第二吸收层32组合而成的吸收层结构3厚度与传统薄膜太阳能电池中吸收层厚度相同，总厚度为1～1.5μm。
[0037] 采用了上述吸收层结构3作为薄膜太阳能电池的吸收层，由于吸收层结构3具有高的开路电压和高的短路电流密度的特点，解决了传统产品中开路电压和短路电流密度无法同时提高的问题，使得薄膜太阳能电池具备更高的转换效率。
[0038] 根据本发明的实施例，一种如上所述薄膜太阳能电池的制备方法，在所述第一吸收层31的材料为Cu(InGa)S2和所述第二吸收层32的材料为Cu(InGa)Se2时，所述薄膜太阳能电池的制备方法包括以下步骤：
[0039] ①.在衬底上磁控溅射制出电极层4；
[0040] ②.在所述电极层4上制备Cu(InGa)Se2膜；
[0041] ③.对所述Cu(InGa)Se2膜表面进行硫化处理，获得Cu(InGa)S2层；
[0042] ④.再在所述Cu(InGa)S2层上制备预设层。
[0043] 对Cu(InGa)Se2膜的表面进行硫化处理，使得表面发生反应生成具有宽带隙的Cu(InGa)S2层，整个吸收层结构3中S和Se形成明显的阶梯型分布，避免组分分布不合理对短路电流密度造成不利影响。
[0044] 步骤①具体地可选择的为：衬底采用钠
钙高温玻璃，在150～200℃的温度下，在钠钙高温玻璃表面上磁控溅射沉积1μm厚的Mo金属层，在钠钙高温玻璃表面上形成Mo电极层。
[0045] 步骤②具体地可选择的为：在
镀钼玻璃上采用多元化合物靶磁控共溅射的方式，获得Cu(InGa)Se2薄膜的含Se预制层，预制层厚度可控制在0.5至0.6μm。预制层的制备还可采用热蒸发或电子束蒸发的方式来进行；除采用多元化合物靶磁控共溅射，也可采用合金靶或金属单质靶等磁控共溅射来制备预制层。
[0046] 为提高吸收层的
稳定性，对步骤②获得的Cu(InGa)Se2膜进行如下处理：在惰性氛围及富硒条件下，500℃～550℃退火并硒化，10～20min。惰性氛围具体可为氮气保护，或其它类似的不参与反应的气体氛围。
[0047] 步骤③具体地可选择的为：将Cu(InGa)Se2薄膜重新置于
退火炉中，温度340℃～380℃，并维持富硫及氮气保护的条件下，进行低温硫化5～8min，得到带有Cu(InGa)S2表
面层的Cu(InGa)Se2薄膜，可通过对低温硫化工艺的优化将Cu(InGa)S2的层厚控制在200～
250nm之间，并抑制S元素向Cu(InGa)Se2内部的扩散，如采用较低浓度的硫气氛进行硫化。
[0048] 为提高吸收层的稳定性，对步骤③制备的Cu(InGa)S2层进行如下处理：在盐酸和水的体积比为1:9～10的酸液中，浸泡1～2min；去离子水浸泡去除盐酸。采用上述酸液浸泡，去除反应产生的副产物，避免吸收层中杂质对器件性能的影响；通过在去离子水中浸泡去除残留的酸液。
[0049] 步骤④具体地可选择的为：采用化学水浴法在吸收层表面沉积厚度约50nm的低阻CdS缓冲层2；再通过磁控溅射在CdS缓冲层2上沉积i-ZnO和ZnO:Al窗口层1。预设层包括缓冲层2或窗口层1。
[0050] 最后，将已沉积窗口层1的样品在200℃及大气氛围下退火2小时，消除溅射过程引入的
缺陷。利用掩模板在热蒸发系统中在器件表面蒸镀
银铝(Ag-Al)电极，或涂覆银铝浆与ZnO:Al窗口层1形成
欧姆接触，完成双吸收层结构的薄膜太阳能电池的制备。
[0051] 本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各实施方式可以自由地组合、叠加。
[0052] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何
修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
