随着近年来环境恶化加剧、大气严重污染、矿物能源的储量急剧减少等问题不断加剧。光伏发电作为清洁无污染、安全可靠和可持续的能源,成为各国发展的主要方向之一。铜铟镓硒薄膜太阳能电池作为第二代薄膜电池,具有生产成本低、光电转化效率高、电池弱光性好、温度系数小等诸多优势,使其成为最具前景的太阳能电池之一。
四元合金靶材一步溅射法制备的铜铟镓硒薄膜太阳能电池,在高温硒化过程,与铜铟镓硒界面接触的钼层界面会在高温和高硒下硒化,形成硒化钼。一方面硒化钼有利于刚性铜铟镓硒子电池 P2 激光刻化,另一方面硒化钼层增加了子电池的串联电阻,在柔性铜铟镓硒电池制备过程,不需要进行子电池刻化,所以硒化钼对电池只有副作用,但是在高温硒化过程,硒化钼的厚度不易控制,所以在本文中,我们利用 SiO 2 与钼层的不浸润效应,设计超薄 SiO 2 在钼层上呈现岛状分布,岛状 SiO 2 能够阻止钼层在高温和高硒环境下硒化,而岛状 SiO 2 间隙位置钼层硒化呈现离子注入状态,硒化钼厚度呈现正态分布,距离SiO 2 越近的位置,硒化钼厚度越小,电流从硒化钼薄的位置流向发光层,减小硒化钼对串联电阻的影响。
在金属钼层上溅射一层超薄的 SiO 2 层,由于金属钼与SiO 2 两种材料间的不浸润性,使得 SiO 2 在钼层上呈现岛状分布,形成不连续的岛状 SiO 2 ,高温硒化的过程,两个岛状 SiO 2 之间中间位置硒化钼的厚度最大,越靠近岛状SiO 2 ,硒化钼的厚度越低,岛状 SiO 2 边缘的硒化钼厚度无限接近为零。两个岛状SiO 2 之间硒化钼厚度呈现正太分布,中间最厚,两边最薄,器件电流从岛状 SiO 2 边缘硒化钼厚度最低的位置流向发光层,降低了硒化钼对器件串阻的影响,提高了器件质量,提升了器件的转化效率。
硒化钼层是金属钼层和铜铟镓硒层间的晶格匹配层,能够诱导铜铟镓硒层形成均匀的晶粒,影响铜铟镓硒层的成膜质量,但是硒化钼层作为半导体材料,本身的电阻又增加了器件的串联电阻,降低了器件的填充因子,所以硒化钼层在整个器件中扮演着双重角色。而岛状 SiO 2 层既保留了硒化钼(两个岛状 SiO 2 间的中间位置),保证铜铟镓硒层的成膜质量,又使岛状SiO 2 边缘硒化钼厚度变小,其本身电阻减小,对器件串联电阻的影响降低。