薄膜太阳能电池及其缓冲层的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及太阳能电池技术领域，特别是涉及一种薄膜太阳能电池及其缓冲层的制备方法。
【背景技术】
[0002]薄膜太阳能电池具有成本低、效率高和稳定性好等优点，最高效率已经达到21.7%，是公认的最具有发展和市场潜力的第二代太阳能电池。其典型结构为衬底/背电极Mo/吸收层/缓冲层CdS/高阻层1-ZnO/透明导电层AZO/金属栅电极等多层结构。
[0003]CdS作为缓冲层具有以下作用:第一，它能够钝化吸收层的表面态，使之不成为载流子强复合中心;第二，它的致密分布能有效地阻止电池的短路，降低漏电流;第三，较薄的CdS层能有效地降低无效光吸收;第四，它提供正电荷，导致吸收层在吸收层/缓冲层界面处反型。第五，它提供对吸收层的保护，避免后续溅射镀膜过程的破坏。高阻层1-ZnO能够减少甚至消灭CdS薄膜上可能存在的小孔洞，减少因此引发的电池内部短路问题。但是CdS作为缓冲层存在以下缺点:第一，CdS的带隙为2.5eV，能量高于2.5eV的可见光子被缓冲层吸收一部分而不能到达吸收层，降低了吸收层的吸光效率从而降低了薄膜太阳能电池的整体光电转换效率;第二，CdS的常用制备方法是化学浴沉积法，而薄膜太阳能电池其它层的制备通常在真空设备中进行，湿法和干法工艺的混合运用，不利于薄膜太阳能电池的大规模生产;第三，重金属Cd对人体和环境都有所危害;第四，缓冲层和高阻层之间存在界面，会阻碍电子的运输，不利于电流密度的提升。
[0004]Zm-xMgx0的带隙宽度在3.3?7.8eV范围内可调，对可见光的透过率较高，而且与铜基薄膜太阳能吸收层之间的晶格匹配好，能带失调小。该材料已经被相关研究证明是替代薄膜太阳能电池中缓冲层与高阻层的有效材料。目前，制备Zm-xMgx0薄膜的方法有共蒸发法、射频磁控溅射法和原子层沉积法等。Zm-xMgx0薄膜用于CIGS(铜铟镓砸)薄膜太阳电池中时，一般采用射频磁控溅射法生长。溅射会对CIGS吸收层造成损伤，同时由于Mg原子半径较小，会扩散到CIGS吸收层中，致使CIGS吸收层的载流子浓度发生变化，导致电池的开路电压降低。此外当ZmiMgxO中Mg含量较低时，Eg值较小，会致使缓冲层的导带底低于CIGS吸收层的导带，形成反向的导带偏移，导致缓冲层与吸收层界面处的载流子复合，致使开路电压降低;而Mg含量过高时，Eg值较大，会致使缓冲层的导带底显著高于CIGS吸收层的导带，形成较高的电子势皇，阻碍电子的运输，进而导致短路电流密度降低。因此，现有的Zn1-xMgx0缓冲层薄膜采用单一的锌镁比例，很难实现薄膜太阳能电池的开路电压与短路电流密度的共同提高。
【发明内容】
[0005]基于此，有必要提供一种能实现开路电压与短路电流密度共同提高的薄膜太阳能电池及其缓冲层的制备方法。
[0006]—种薄膜太阳能电池，包括依次叠合的衬底、背电极层、光吸收层、缓冲层和透明导电层，所述缓冲层包括依次叠合的多层子缓冲层，所述子缓冲层为Zm-xMgxO，其中O < X <t,0.2 < t < 0.4，随所述光吸收层至所述透明导电层的方向上，多层所述子缓冲层的X值在O至t的范围内逐渐减小。
[0007]一种薄膜太阳能电池的缓冲层的制备方法，包括以下步骤:
[0008](I)、在沉积基体上依次沉积氧化锌单分子层和氧化镁单分子层，控制氧化锌单分子层和氧化镁单分子层的沉积次数比例为(1-x):χ，得到子缓冲层，所述子缓冲层为Zm-χΜδχ0,^φ0<χ<?,0.2<?<0.4；^
[0009](2)、将步骤(I)进行多次，且保持多次步骤(I)中X值在O至t的范围内逐渐减小，得到所述薄膜太阳能电池的缓冲层，所述缓冲层包括依次叠合的多层所述子缓冲层。
【附图说明】
[0010]图1为一实施方式的薄膜太阳能电池的缓冲层的制备方法的流程图；
[0011]图2为一实施方式的薄膜太阳能电池的结构示意图；
[0012]图3为实施例1制备的CIGS薄膜太阳能电池的缓冲层的结构示意图；
[0013]图4为实施例1制备的CIGS薄膜太阳能电池的能带结构图。
【具体实施方式】
[0014]为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
[0015]参照图1，一实施例的薄膜太阳能电池的缓冲层的制备方法，包括以下步骤。
[0016]步骤S100:在衬底上依次沉积背电极和吸收层，得到沉积基体。
[0017]优选的，衬底可为玻璃、金属箔或塑料箔等材料。
[0018]优选的，背电极为Mo薄膜。更优选的，背电极为采用磁控溅射法制备的双层Mo薄膜。优选的，背电极的厚度为Iym。
[0019]优选的，吸收层为铜铟镓砸薄膜或铜锌锡硫薄膜。更优选的，吸收层为蒸发法或者溅射法制备的铜铟镓砸薄膜或铜锌锡硫薄膜。优选的，吸收层的厚度约为2?3μπι。
[0020]步骤S200:在沉积基体上依次沉积氧化锌单分子层，氧化锌单分子层的沉积次数为多次，得到氧化锌分子层。
[0021]首先在沉积基体上沉积氧化锌单分子层，可防止首先沉积氧化镁，半径较小的Mg原子扩散到CIGS等吸收层中，致使CIGS等吸收层的载流子浓度发生变化，导致电池的开路电压降低。
[0022]可以理解，步骤S200中氧化锌单分子层的沉积次数为一次，步骤S300在氧化锌单分子层上沉积氧化镁单分子层，氧化锌单分子层和氧化镁单分子层的沉积次数比例为(1-X): X即可。
[0023]优选的，步骤S200采用原子层沉积(ALD)法。
[0024]步骤S200具体为:将锌源前驱体通入原子层沉积设备的腔室中，使其在沉积基体上发生化学吸附形成锌单原子层，用载气吹洗多余的锌源前驱体;通入氧化剂，使其与吸附于沉积基体上的锌单原子层反应生成氧化锌单分子层，用载气吹洗多余的氧化剂和副产物。可以理解，载气吹洗步骤可省略。
[0025]优选的，锌源前驱体为二乙基锌，氧化剂为水，载气为保护性气体。更优选的，载气为惰性气体或N2。
[0026]优选的，锌源前驱体和氧化剂的沉积时间均为15?80ms。沉积时间过少，化学吸附以及化学反应所需的时间不够;沉积时间过长会造成原料的浪费，也增加了载气吹洗的时间。
[0027]优选的，腔室中沉积基体的沉积温度为100?200°C。沉积温度过低，原料的活性较低，难以满足发生化学吸附与化学反应所需的能量;反应温度过高时，原料的活性较高，可能会使原料从沉积基体上脱离致使原料难以沉积。
[0028]优选的，载气的吹洗时间为5?10s。吹洗时间过短，难以将副产物清洗干净；吹洗时间过长，又会在一定程度上降低沉积效率。
[0029]优选的，载气的流量为I?5SCCm。载气流量过小，难以将副产物清洗干净;载气流量过大，又会带走较多上一步已沉积的原料，造成原料的大量浪费。
[0030]步骤S300:在氧化锌分子层上沉积氧化镁单分子层，氧化镁单分子层的沉积次数为一次或多次，沉积氧化锌单分子层和氧化镁单分子层的次数比例为(1-x):x，得到子缓冲层，子缓冲层为211131^0，其中0<叉<扒0.2<七<0.4。
[0031 ]步骤S300得到的Zm—xMgx0的带隙宽度在3.37?4.20eV范围内可调，其对可见光的透过率较高，提高吸收层对可见光的吸收，从而提高薄膜太阳能电池的效率。其中当X = O时，即不进行步骤S300，仅进行步骤S200:在沉积基体上沉积氧化锌单分子层，氧化锌单分子层的沉积次数可为一次或多次，得到ZnO子缓冲层。步骤S200根据ZnO子缓冲层的重复沉积次数，可以得到所需厚度的组分ZnO子缓冲层。
[0032]步骤S200和步骤S300为Zm—xMgx0子缓冲层(其中0<x <t,0.2< t < 0.4)的沉积步骤。
[0033]优选的，步骤S300采用原子层沉积(ALD)法。
[0034]步骤S300具体为:将镁源前驱体通入原子层沉积设备的腔室中，使其在氧化锌分子层上发生化学吸附形成镁单原子层，用载气吹洗多余的镁源前驱体;通入氧化剂，使其与吸附于沉积基体上的镁单原子层反应生成氧化镁单分子层，用载气吹洗多余的氧化剂和副产物;氧化镁单分子层的沉积次数为一次或多次;其中，氧化锌单分子层的沉积次数与氧化镁单分子层的沉积次数的比例为(1-x):x;得到子缓冲层。可以理解，载气吹洗步骤可省略。
[0035]优选的，镁源前驱体为二甲基镁，氧化剂为水，载气为保护性气体。更优选的，载气为惰性气体或N2。