[发明专利]一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池的制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及太阳能电池领域，更具体的，涉及一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池吸收层的制备方法。

背景技术：

众所周知，铜铟镓硒化合物具有黄铜矿结构，可以制备在软性或刚性的衬底上作为太阳能发电的材料，由此制成的铜铟镓硒薄膜太阳能电池具有高稳定、低成本的优点。目前地球上可利用的能源日趋短少，而石化能源在使用过程中会排放碳、硫的氧化物造成空气污染并且加剧地球的温室效应，使地球的环境恶化气候异常，这已经是不争的事实了。因此开发无污染的可再生能源是当前世界各国的首要科研项目之一。而太阳能是无污染的能源，是可再生能源的最佳选择之一。太阳能的开发利用首要的是开发可以产生将太阳能高效率转换成电能的材料。

铜铟镓硒化合物材料是具有黄铜矿结构的化合物半导体材料，其为直接带隙材料，能吸收波长范围较大的太阳光，且具有自调变自身组成以形成p-n结的特性，是公认的作为太阳能电池吸收层的最佳材料之一，例如铜铟镓二硒（Cu(InGa)Se₂），简称CIGS，为目前具有最高光吸收能力的半导体材料。由于CIGS的高光吸收率优势，使得CIGS吸收层的厚度在1~2μm即可，以一般粗略估算，在量产制造时，CIGS材料的费用只需要0.03美元/瓦，因此极具竞争优势，有望使太阳能发电可以与传统的石化燃料发电成本相同甚至更低。因此如何制备低成本、高效率的铜铟镓硒太阳能薄膜电池，是目前最值得开发研究的课题之一。

CIGS薄膜太阳能电池有两个优点：1是光电转换层可以很薄，为几微米；二是其带隙(禁带宽度)可以通过Ga(镓)在铜铟镓硒化合物的比例含量来调控。根据现有技术，Ga和In的比例与带隙(Eg)存在如下的关系，Eg(eV)=1.02+0.67y+0.11y(y-1)，其中y=In/（Ga＋In）的原子含量比例。理论说明，单一带隙的太阳能电池不能最大限度的利用太阳能，也就是光子能量太小的产生不了电子-空穴对，能量太大的光子也只能激发一个电子-空穴对，多余的能量只能转化成不利于太阳能电池效率的热而已。因此从提高太阳电池效率的角度考虑，希望太阳能电池有很多的带隙以尽量吸收更多的太阳能，而CIGS化合物的带隙的可调特性恰恰可以实现如此的设想。在制备CIGS薄膜时可以调节Ga的含量比例。增加Ga的比例，CIGS化合物的禁带带隙会升高。

现有文献中已记载制备CIGS薄膜的方法主要有：(1)硒化法，(2)叠层法，(3)多源（二或三源）蒸发法，(4)溅射法，(5)沉积法，(6)喷涂法，(7)旋涂法，(8)真空加热合成法等。而这(1)硒化法，(2)叠层法，(3)多源（二或三源）蒸发法，(4)溅射法皆在某个工艺流程中需要对CIGS薄膜进行硫化或硒化处理，通过硫化或硒化处理可以使S、Se原子经扩散作用与Cu-In-Ga进行反应以生成CuInGaSe化合物，此过程称为硫化或硒化。

硒化制备具有黄铜矿结构的薄膜太阳能电池的方法存在着一些缺点例如生产周期长、耗能多、消耗Se多、Se的蒸汽有剧毒及Se的分布不均匀，Se存在梯度等等。

另外对于调控Ga的梯度分布工艺，上述的各种工艺方法比较难以一步到位的实现。例如美国的NREL实验室开发的三阶段共蒸发法，其实现Ga呈上述的带隙梯度A或V字形带隙梯度是在三个阶段不同的元素参与蒸发反应，工艺非常复杂且需要实时控制精准方能实现。此种方法虽然可以制备高转换效率的太阳能薄膜电池，但是不利于低成本、大面积、规模化的生产。

发明内容

本发明提供一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池的制备方法，其包括：

a）在衬底上制备钼背电极；