[发明专利]一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池吸收层的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体薄膜的制备方法，具体涉及一种铜铟镓硒薄膜太阳电池吸收层的制备方法，属于光伏技术和新能源技术领域。 

背景技术

至目前为止，铜铟镓硒薄膜太阳电池是最为高效的单结薄膜太阳电池，其实验室最高转换效率已经超过20%，组件的转换效率也已经达到15%。高效的铜铟镓硒薄膜太阳电池中光吸收层铜铟镓硒薄膜的制备方法通常有三种：共蒸发法、金属预置层后硒化法和IBM公司提出的以联胺为溶剂的溶液法。这三种方法中，共蒸发法和金属预置层后硒化法为真空方法，需要使用蒸发沉积或磁控溅射等高真空镀膜设备，制作成本较为昂贵；以联胺为溶剂的溶液法制备过程中需要使用大量的联胺，而联胺是剧毒物质，对人体和环境均会造成不利影响，不利于大范围使用。 

发明内容

为解决现有技术的上述问题，本发明公开了一种开放式的、无毒的化学气相沉积制备铜铟镓硒吸收层薄膜的方法。 

本发明提供了一种铜铟镓硒薄膜太阳电池光吸收层的制备方法，包括以下步骤： 

1）采用化学气相沉积，加热铜源、铟源、镓源使其转变为气相，经分解后沉积在衬底上，形成铜铟镓金属预置层；

2）所述铜铟镓金属预置层经硒化烧结得到铜铟镓硒薄膜。

其中，所述步骤1）中的化学气相沉积是在常压下进行。 

其中，所述步骤1）中的分解是在350-400℃温度下进行。 

其中，所述铜源为乙酰丙酮铜，所述铟源为乙酰丙酮铟，所述镓源为乙酰丙酮镓。 

其中，所述铜铟镓金属预置层包括含氧的铜铟镓薄膜。 

其中，所述硒化过程中以固态硒粉、硒化氢或有机硒源作为硒源。进一步地，所述有机硒源为二甲基硒。 

其中，所述硒化在450-550℃温度下进行。 

其中，所述铜铟镓硒薄膜中铜铟镓含量的原子比为：铜:铟:镓=0.9-1:0.3-1:0.7-0。 

本发明还提供了一种化学气相沉积装置，用于制备如权利要求1所述铜铟镓硒薄膜太阳电池光吸收层。该装置包括容器、样品台、以及连通所述容器和所述样品台的管道，所述管道中充填有惰性气体，所述容器内分别放置有铜源、铟源、镓源。 

本发明的优点包括：与现有真空技术相比，采用本发明提及的开放式的常压化学气相沉积装置，金属预置层的沉积不需要真空环境，这会大大降低制备过程对真空设备的依赖，大大降低制作成本；与IBM公司提出的以联胺为溶剂的溶液法相比，制作过程简单且无毒，适合大规模生产。 

附图说明

图1表示本发明实施例1的制备方法及装置的示意图。 

图2表示本发明实施例1制备得到的铜铟镓硒薄膜的XRD图谱。 

图3表示本发明实施例2的制备方法及装置的示意图。 

图4表示本发明实施例2制备得到的铜铟镓硒薄膜的XRD图谱。 

具体实施方式

结合以下具体实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的保护内容不局限于以下实施例。在不背离发明构思的精神和范围下，本领域技术人员能够想到的变化和优点都被包括在本发明中，并且以所附的权利要求书为保护范围。实施本发明的过程、条件、试剂、实验方法等，除以下专门提及的内容之外，均为本领域的普遍知识和公知常识，本发明没有特别限制内容。 

本发明铜铟镓硒薄膜太阳电池光吸收层的制备方法，即铜铟镓硒薄膜的制备方法，包括以下步骤：先是利用化学气相沉积制备出铜铟镓氧预置层；然后，在硒化设备中，硒化铜铟镓氧预置层得到铜铟镓硒薄膜。 

本发明中，先是在开放式的大气常压状态下，利用化学气相沉积反应装置，进行化学气相沉积。本发明中“开放式的大气常压状态”是指不需要采用任何真空产生装置，整个过程是在空气中进行的。 

如图1所示，在化学气相沉积反应装置的容器1、容器2、容器中3分别放置入铜源、铟源、镓源。本发明中，铜源采用乙酰丙酮铜，铟源采用乙酰丙酮铟，镓源采用乙酰丙酮镓。在容器1、容器2、容器3 内部分别设置有本技术领域通用的加热装置，其加热温度为100-200°C。加热温度决定了从容器中流入管道5中的气体流量，并最终决定铜铟镓硒薄膜中铜铟镓三种金属的原子比例。调节容器1、容器2、容器3的加热温度，促成铜源、铟源、镓源转变为气相，使其从容器进入至管道5中。容器1、容器2、容器3的温度可调节在室温到200°C范围内。