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专利号: 2013102412730
申请人: 天津理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 基本电气元件
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种铜铟镓硒太阳电池器件,其特征在于:为基于聚酰亚胺膜-苏打玻璃复合衬底的铜铟镓硒太阳电池,由玻璃、聚酰亚胺、钼背接触层、铜铟镓硒吸收层、硫化镉缓冲层、透明窗口层高阻本征氧化锌薄膜、透明窗口层低阻氧化锌铝薄膜和铝上电极组成并形成叠层结构,其中衬底由苏打玻璃及生长于其表面的聚酰亚胺膜构成,苏打玻璃的厚度为

1.5-2mm,聚酰亚胺膜厚度为25-30µm;钼背接触层包括高阻层薄膜和低阻层薄膜,其中高阻层薄膜的厚度为80-120nm,低阻层薄膜的厚度为600-700nm;铜铟镓硒吸收层的化学分子式为CuIn1-xGaxSe2,式中x为0.25-0.35,导电类型为p型,薄膜厚度为1.5-2µm;硫化镉缓冲层的的导电类型为n型,厚度为45-50nm;透明窗口层包括高阻本征氧化锌薄膜和低阻氧化锌铝薄膜,导电类型为n型,本征氧化锌薄膜的厚度为50-100nm,氧化锌铝薄膜的厚度为0.4-0.6µm;铝上电极薄膜的厚度为0.8-1.5µm。

2.一种如权利要求1所述铜铟镓硒太阳电池器件的制备方法,其特征在于:首先将聚酰亚胺胶涂于苏打玻璃表面,固化成聚酰亚胺膜-苏打玻璃复合衬底,其次在其表面依次制备钼背接触层、铜铟镓硒吸收层、硫化镉缓冲层、透明窗口层和上电极,在完整的铜铟镓硒太阳电池制备完成后,将其与苏打玻璃衬底分离,得到以聚酰亚胺膜为衬底的柔性铜铟镓硒太阳电池。

3.根据权利要求2所述铜铟镓硒太阳电池器件的制备方法,其特征在于:所述聚酰亚胺膜-苏打玻璃复合衬底的制备方法,步骤如下:

1)对苏打玻璃进行表面清洗,清洗方法是:

首先将10cm×10cm的苏打玻璃放入重铬酸钾溶液中浸泡2h,重铬酸钾溶液由300克重铬酸钾、3升浓硫酸和300毫升去离子水配置而成,将苏打玻璃取出用去离子水冲洗后置于浓度为99.5w%的丙酮溶液中,放入超声波清洗机中清洗,超声波频率为20-30kHz,时间为20-25min,然后将苏打玻璃从丙酮溶液中取出,用去离子水冲洗后置于浓度为99.7w%的酒精中,放入超声波清洗机中清洗超声波频率为20-30kHz,时间为20-25min,最后将苏打玻璃从酒精中取出,放入盛有去离子水的烧杯中,放入超声波清洗机中清洗3遍,超声波频率为20-30kHz,时间为20-25min;

2)将聚酰亚胺胶涂覆于苏打玻璃表面,采用匀胶工艺进行匀胶,工艺参数为:转速为

1300-1500r/min,时间为35-45s;

3)将匀胶后的样品放入烘箱内进行固化,即可得到聚酰亚胺膜-苏打玻璃复合衬底,所述固化工艺的升温保温程序为:烘箱温度升温至125-135℃,升温时间为10-15min,并在125-135℃下维持25-30min;将烘箱温度升温至150-160℃,升温时间为5-10min,并在150-160℃下维持10-15min;将烘箱温度升温至200-210℃,升温时间为5-10min,并在200-210℃下维持15-20min;将烘箱温度升温至250-260℃,升温时间为5-10min,并在250-260℃下维持15-20min;将烘箱温度升温至340-350℃,升温时间为5-10min,并在

340-350℃下维持10-15min,然后缓慢降温至18-25℃,即可得到聚酰亚胺膜-苏打玻璃复合衬底。

4.根据权利要求2所述铜铟镓硒太阳电池器件的制备方法,其特征在于:所述钼背接触层薄膜的制备方法,采用直流磁控溅射系统制备,将待制备样品置于直流磁控溅射沉积系统的沉积室中,以纯度为99.99%的钼为靶材,采用射频磁控溅射工艺在衬底表面依次分别沉积高阻钼薄膜和低阻钼薄膜,其中:-4

1)沉积高阻钼薄膜工艺参数为:本底真空3.0×10 Pa,工作气压1-2Pa,衬底温度

25-50℃,射频功率500-700W,Ar气流量30-50sccm,基靶行走速度4-6mm/s,沉积时间以基靶的往复次数计为2-4次;

-4

2)沉积低阻薄膜的工艺参数为:本底真空3.0×10 Pa,工作气压为0-0.5Pa,衬底温度为室温25-50℃,射频功率为1500-2000W,Ar气流量为15-20sccm,基靶行走速度为4-6mm/s,沉积时间以基靶的往复次数计为4-6次。

5.根据权利要求2所述铜铟镓硒太阳电池器件的制备方法,其特征在于:所述铜铟镓硒吸收层薄膜的制备方法,采用硒化炉薄膜制备系统和共蒸发三步法共蒸发一步法制备工艺,步骤如下:-4

1)将待制备样品置于共蒸发系统中,在本底真空为3.0×10 Pa、衬底温度为

550-580℃下,共蒸发Cu、In、Ga、Se,其中Cu蒸发源温度为1120-1160℃,In蒸发源温度为850-900℃,Ga蒸发源温度为880-920℃,Se蒸发源温度为240-280℃,蒸发时间为

25-30min;

2)将衬底冷却至18-25℃即可。

6.根据权利要求2所述铜铟镓硒太阳电池器件的制备方法,其特征在于:所述硫化镉缓冲层的制备方法,采用化学水浴法制备工艺,步骤如下:

1)制备反应液:首先配置浓度为0.01mol/L硫脲溶液1L,配置醋酸镉和醋酸氨混合溶液1L,其中醋酸镉溶液浓度为0.001mol/L,醋酸氨溶液浓度为0.003mol/L,氨水溶液浓度-3为1.3×10 mol/L,然后将硫脲溶液25mL、醋酸镉和醋酸氨混合溶液25mL和氨水溶液4滴混合并搅拌均匀,制得反应液;

2)将反应液加入放有样品的烧杯中并将烧杯放入水浴锅内,水浴温度设置为78-80℃,反应时间为50-60min;

3)反应完成后,用去离子水冲洗干净残留于样品硫化镉缓冲层表面的未反应成膜的硫化镉颗粒即可。

7.根据权利要求2所述铜铟镓硒太阳电池器件的制备方法,其特征在于:所述透明窗口层的高阻本征氧化锌薄膜和低阻氧化锌铝薄膜的制备方法,分别采用射频磁控溅射系统和直流磁控溅射系统制备,步骤如下:

1)高阻本征氧化锌薄膜的制备

将待制备样品置于射频磁控溅射沉积系统的沉积室中,以纯度为99.99%的i-ZnO为靶材,采用射频磁控溅射工艺在衬底表面沉积本征氧化锌薄膜,工艺参数为:本底真空-4

3.0×10 Pa,衬底温度25-50℃,射频功率800-1000W,Ar气流量10-20sccm,O2气流量

2-6sccm,基靶行走速度为2-6mm/s,沉积时间以基靶的往复次数计为6-10次;

2)低阻氧化锌铝薄膜的制备

将待制备样品置于在直流磁控溅射沉积系统的沉积室中,以纯度为99.99%的ZnO:Al为靶材,采用直流磁控溅射工艺在衬底表面沉积ZnO:Al薄膜,工艺参数为:本底真空-4

3.0×10 Pa,衬底温度25-50℃,直流功率1000-1200W,Ar气流量12-18sccm,基靶行走速度

2-6mm/s,沉积时间以基靶的往复次数计为10-15次。

8.根据权利要求2所述铜铟镓硒太阳电池器件的制备方法,其特征在于:所述铝上电极的制备方法,采用共蒸发系统制备,步骤如下:-4

1)将待制备样品置于共蒸发系统中,在本底真空3.0×10 Pa下,依次给予加热丝20A电流、持续1-2min,给予加热丝50A电流、持续1-2min,给予加热丝80A电流、持续1-2min;

给予加热丝120A电流、持续5-8min;

2)待观察窗玻璃被铝膜完全覆盖之后,停止加热,缓慢降低给予加热丝电流,然后冷却即可。