太阳能电池材料制备

吸收层薄膜材料是太阳能电池的关键材料，其制备是整个电池制备工艺的关键，而元素配比又是决定材料的性能的主要因素 太阳能电池薄膜材料制备工艺初步设想 吸收层薄膜材料（CIS/CIG）是太阳能电池的关键材料，其制备工艺是整个电池制备工艺的关键，而元素配比又是决定材料的性能的主要因素。 电化学沉积-硒化工艺，溅射法-硒化工艺、丝网印刷-硒化工艺等能很好地控制元素配比的情况，而且工艺较其他的工艺简单，具有良好的应用前景。 一、制备CIS薄膜吸收层（电化学沉积-硒化工艺） 电化学沉积方法是一种低成本的制造CIS/CIGS先驱薄膜最有潜力的方法，另外电化学沉积方法也是一种非真空工艺，适用于大规模生产，它避免使用昂贵的真空设备，而且工艺简单。 研究发现，在CIS薄膜太阳能电池中，In离子的含量较大时，CIS薄膜太阳能电池的性能相对较好。利用矿业公司In 的资源优势，以简单的电化学沉积方法制备CIS/CIGS薄膜太阳能电池，具有良好的工业前景。 1.​ 按一定比例先沉积Cu、In元素，然后硒化，从而形成CuInSe2薄膜结构，进一步制备太阳能电池。在此工序中，可以通过最终电池的性能来考察吸收层中的最佳的In含量，实现电池高的光电转化率。 2.​ 采用快速退火处理得到CuInSe2薄膜吸收层。快速退火处理方法能提高CuInSe2薄膜吸收层的晶粒结构和成膜均匀性。 优点：能充分利用资源优势，工艺简单，易于控制薄膜中各元素的化学剂量比、膜的厚度及成分分布均匀，对设备整体要求不高。 缺点：In的含量可能分布不均匀。 为克服上述的缺点，具体的实施方案可以有； 第一步中，按一定比例先沉积Cu、In元素，再蒸镀一层硒薄膜形成纳米数量级的铜铟镓硒薄膜结构。并按此方法重复多次，制备出多层CIS吸收层。这样可以防止In的扩散，然后再进行快速退火处理。这样就增加了工序，但也提高了电池的生产成本。 2、​ 制备CIGS薄膜吸收层（溅射法-硒化工艺） 溅射法适合制备富铜和富铟结构的要求，利用矿业公司In 的资源优势，再结合硒化退火，可以制备高品质的CIGS薄膜吸收层。 1.​ 采用溅射法制备Cu-In-Ga金属预置膜，再蒸镀一层硒薄膜形成纳米数量级的铜铟镓硒薄膜结构。并按此方法重复多次，制备出多层CIGS吸收层。从而形成CuInGaSe2薄膜结构。此工序中需要优化Ga、In的含量，研究不同的Ga/(In+Ga)的值，主要通过研究In的含量对电池性能的影响。 2.​ 采用快速退火处理，得到CuInGaSe2薄膜吸收层。 优点：可以根据溅射速率和时间，有效地调节各种元素的化学配比，有利于提高重复性。而且溅射沉积薄膜的均匀性好，适合大面积电池的制造，溅射靶生产效率高。另外，多次硒化处理，有效地防止了Ga、In等元素含量出现不均匀的问，电池的效率应该比较高。 缺点：工艺较电化学沉积-硒化工艺复杂，成本相对高。 三、制备CIGS薄膜吸收层（丝网印刷-硒化工艺） 丝网印刷所制备的CIGS薄膜大多是多孔的，工艺中不能有效地掺入镓，而且其晶粒尺寸较小，导致电池转化效率不高、稳定性能不好等缺点局限了其大规模的应用，但是丝网印刷制备工艺设备简单，成本低，样品均匀性好的优点。工艺主要通过改善原料的性质及加入硒化工艺等手段制备高均匀的CIGS薄膜吸收层。实施方案可以为： 1.​ 以钠钙玻璃为基板，使用铜铟镓硒的合金纳米粒子代替纯的铜铟镓硒粉分散于溶剂中，加入一定量的粘合剂、稳定剂等制成油墨，并将这些油墨印刷到基板上。 2.​ 硒化退火，即可以形成均匀的CIGS薄膜吸收层。 优点：铜铟镓硒的合金纳米粒子制成油墨，能从一定程度上解决不能有效地掺入镓的问题。钠钙玻璃为基板能改善CIGS薄膜的形貌及导电性能。硒化工艺可以补充第一步处理时丢失的硒，保证CIGS薄膜的均匀性。 缺点：印刷油墨的制备相对困难，研究如何制备合适的印刷油墨是该工艺的关键。