[发明专利]薄膜太阳能电池的吸收层制作装置及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能技术，特别涉及薄膜太阳能电池技术。

背景技术

薄膜太阳能电池目前有三类：非晶硅薄膜太阳能电池，碲化镉薄膜太阳能电池和铜铟镓硒薄膜太阳能电池。铜铟镓硒薄膜太阳能电池是其中转换效率最高的一种薄膜太阳能电池，也是目前主导薄膜太阳能电池发展方向的电池种类。

具体地说，铜铟镓硒薄膜太阳能电池由四层薄膜组成，在基片上的第一层薄膜为底电极，通常使用的是钼。第二层为铜铟镓硒薄膜，称为吸收层。这层是用来转换所吸收的光子为自由电子，它是决定电池转换效率最关键的膜层。第三层为联接层(即窗口层)，第四层为顶电极(TCO)。

作为薄膜太阳能电池的吸收层，它必须是p型半导体材料。铜铟镓硒材料组成的吸收层是由铜的略微不足形成的黄铜矿结晶体的半导体。吸收层的带隙可用调整镓在层内含量与厚度梯度含量来控制。镓的含量增加了，铟的含量就相应减少。在铜铟镓硒吸收层(CuIn_1-xGa_xSe₂)中，下标x的范围从0到0.3。通常镓的含量为0.25％左右(即x＝0.25，此时铟的含量即为0.75％)。

目前世界上铜铟镓硒薄膜太阳能电池产业内存在着几种不同的技术路线。如以大学实验室和欧洲某些公司为代表的多源共蒸法镀膜制程工艺，是采用高温熔化铜铟镓硒元料，以其金属蒸汽沉积在基片上而生产的铜铟镓硒薄膜太阳能电池。而美国一些公司采用的是磁控溅射铜铟镓薄膜(非硒预制层)在基片上，然后置入硒化反应炉高温硒化后加上其他工艺，产生了铜铟镓硒薄膜太阳能电池。

然而，上述第一种多源共蒸法(采用多源共蒸法即同时将铜铟镓硒四种元素加热蒸发沉积在基片上)的制作工艺比较成熟，但膜层均匀性差，生产效率低。第二种预制层加硒化法(用磁控溅射铜铟镓元素到基片后再硒化完成非硒预制层至铜铟镓硒四元相晶体的转化)使用了剧毒气体硒化氢(H₂Se)且成本高昂。这增加了对生产人员生命安全的危险性及大大提高了生产成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种薄膜太阳能电池的吸收层制作装置及其制作方法，使得在铜铟镓硒薄膜太阳能电池的吸收层制作过程中，避免对生产人员的生命安全造成危险，并且能够制成较为均匀的低成本的吸收层。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种薄膜太阳能电池的吸收层制作装置，包含至少一个工艺制作腔，每个所述工艺制作腔包含：真空工艺腔体、至少一个铜镓合金靶材、至少一个铟金属靶材、至少一个硒蒸气喷嘴组；

其中，所述铜镓合金靶、铟金属靶材和硒蒸气喷嘴均位于所述真空工艺腔体内，所述铜镓合金靶材和所述铟金属靶材根据工艺需求依次排列，所述硒蒸气喷嘴组位于所述铜镓合金靶材和/或所述铟金属靶材的一侧，或者，所述硒蒸气喷嘴组位于所述铜镓合金靶材和/或所述铟金属靶材的两侧。

本发明的实施方式还提供了一种薄膜太阳能电池的吸收层制作方法，包含以下步骤：

在基片进入真空工艺腔体后，由至少一个铜镓合金靶材和至少一个铟金属靶材根据工艺需求依次对所述基片进行溅射镀膜；并且，在对所述基片进行溅射镀膜的同时，由至少一个硒蒸气喷嘴组对所述基片喷射硒蒸气，在基片上形成含有铜铟镓硒四种元素的薄膜层。

本发明实施方式相对于现有技术而言，在真空工艺腔体中，铜镓和铟的溅射与硒的蒸发沉积同时进行，导致在基片上形成的薄膜层中，除铜铟镓外，还存在着一定量的硒元素。由于在制作工艺中，利用硒蒸气喷嘴将硒蒸气喷射到基片上，无需使用剧毒气体硒化氢(H₂Se)，因此避免了对生产人员的生命安全造成危险，同时极大地减少了生产成本。而且，由于薄膜层中的铜镓和铟元素是通过铟金属靶材和铜镓合金靶材溅射到基片上，因此可以保证膜层的均匀性和生产效率。

进一步地，铜镓合金靶材和/或铟金属靶材为磁控溅射靶，磁控溅射靶可以为磁控溅射旋转靶或磁控溅射平面靶。也就是说，真空工艺腔体中包含的铜镓合金靶材可以是磁控溅射旋转靶或磁控溅射平面靶，也可以是磁控溅射旋转靶和磁控溅射平面靶的组合，类似地，真空工艺腔体中包含的铟金属靶材同样可以是磁控溅射旋转靶或磁控溅射平面靶，也可以是磁控溅射旋转靶和磁控溅射平面靶的组合。由于磁控溅射靶已是现有技术中较为成熟的技术，因此可以进一步保证基片上生成的膜层的均匀性和生产效率。

进一步地，在所述真空工艺腔体内的第一个铜镓合金靶材和/或第二个铜镓合金靶材中含有钠，可使得在基片上形成的含有铜铟镓硒四种元素的薄膜层中，含有微量钠以提高薄膜电池的转换效率。