[发明专利]一种蒸发法制备铜铟镓硒太阳能电池吸收层的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种蒸发法制备铜铟镓硒太阳能电池吸收层的方法，属于薄膜太阳能电池材料制备技术领域。

背景技术

铜铟镓硒(Cu(In，Ga)Se₂，简称CIGS)薄膜太阳能电池具有成本低、效率高、寿命长、弱光性能好、抗辐射等特点，被认为是非常具有发展前景的薄膜太阳能电池。CIGS太阳能电池的吸收层材料铜铟镓硒是一种直接带隙半导体，特点是光吸收系数高且其带隙可以随Ga含量的改变而在1.04eV～1.65eV之间调节，非常适合作为太阳能电池的光吸收层。

CIGS吸收层的制备是CIGS薄膜太阳电池的核心工艺。目前制备CIGS薄膜的主要方法有溅射后硒化法和共蒸发法。

溅射后硒化法是指用溅射或溅射加蒸发的方法首先沉积铜铟镓合金预制层，然后在硒气氛中硒化形成CIGS薄膜。特点是溅射制备预制层可以保证大面积薄膜的均匀性，但由于其中金属铟自身熔点和硬度低的特点，在用溅射法沉积的铟膜往往会出现颗粒状的铟团簇，影响了金属预制层的形貌，进而影响了制备出的CIGS薄膜的性能。溅射加蒸发的方法可以改善预制层形貌，但增加了蒸发的步骤，导致工艺繁琐复杂。而且由于铟原子直径较大，其在金属预制层中的扩散速度相对较慢，传统的在金属预制层中沉积单层铟的方法会导致制备出的CIGS薄膜中的铟分布很不均匀，影响了CIGS薄膜的质量。

共蒸发法是指将Cu、In、Ga、Se等同时或分步骤蒸发沉积形成铜铟镓硒薄膜。它特点是制备出的CIGS吸收层质量高，相比后硒化法省去了硒化的步骤。但因硒蒸发温度比衬底温度低很多，造成硒源温度易受衬底温度影响，导致硒蒸汽压不易控制，而Cu、Ga的蒸发温度很高，蒸发速率难以精确控制，造成控制薄膜成分非常困难。

中国专利文献CN101397647A(申请号200810225482.5)公开了一种铜铟镓硒或铜铟铝硒太阳能电池吸收层靶材及其制备方法。是按照CUIN1-XGAXSE2或CUIN1-XALXSE2太阳能电池吸收层的化学计量比将高纯度硒化亚铜粉末、硒化铟粉末、硒化镓粉末或硒化铝粉末充分混合均匀后，在保护气氛中热压烧结成型，或者经过冷压成型或冷等静压成型制成素坯，然后将素坯在保护气氛中施加一定的压力烧结或者不加压烧结。此方法解决了溅射后硒化法中铟、镓元素易损失的问题，但制靶过程极易引入杂质污染，影响原料纯度，同时在制备高效率电池所需的梯度带隙吸收层时需要制备不同配比的多个靶并依次溅射，增加了工艺的复杂程度，对设备要求也较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种CIGS太阳能电池吸收层的制备方法，该方法工艺步骤简单，制备成的CIGS薄膜质量高，适合工业化生产。

本发明采用以下技术方案：

一种蒸发法制备铜铟镓硒太阳能电池吸收层的方法，包括如下步骤：

(1)将粒径均不大于75μm的硒化亚铜粉末、硒化铟粉末和硒化镓粉末按质量百分比为Cu₂Se 28％～33％、In₂Se₃ 48％～51％、Ga₂Se₃ 19％～21％的比例混合均匀，放到真空镀膜机中的蒸发源处；

(2)在真空度大于3×10^-3Pa的条件下，加热衬底，使衬底的温度达到150℃～450℃，然后，蒸发源以350～450℃/min的升温速度升温至1200℃，对混合粉末进行加热1.5～4min，混合粉末经加热蒸发并沉积于衬底上，制得铜铟镓硒太阳能电池吸收层。

优选的，所述步骤(2)中的升温速度为400℃/min。

优选的，所述步骤(2)中1200℃对混合粉末加热的时间为2min。

或者，包括如下步骤：

(i)分别将粉末粒径均不大于75μm的Cu₂Se粉末、In₂Se₃粉末和Ga₂Se₃粉末放入三源共蒸发镀膜机的三个蒸发源处；

(ii)在真空度大于3×10^-3Pa的条件下，加热衬底，使衬底的温度达到150℃～450℃；