[发明专利]铜铟镓硒薄膜太阳电池吸收层的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于太阳能电池器件制备技术领域，特别是涉及一种铜铟镓硒薄膜太阳电池吸收层的制备方法。

背景技术

以黄铜矿结构的化合物半导体铜铟硒（CuInSe₂，简写为CIS）系列混溶晶体为直接带隙材料，以其作为吸收层的薄膜太阳电池，被认为是最有发展前景的第三代化合物光伏电池之一，其组成包括：CuInSe₂，CuIn_1－XGa_XSe₂，CuInS₂，CuIn₁－XGa_XS₂，CuIn₁－_XGa_XSe_2－yS_y等。现有的铜铟镓硒（硫）薄膜太阳电池，是在20世纪80年代后期开发出来的新型太阳电池，是在钠钙玻璃、金属箔（不锈钢箔、钛箔、钼箔、铝箔等）或聚酰亚胺膜衬底上分别沉积多层薄膜构成的光伏器件，典型结构为如下的多层膜结构：衬底/底电极/吸收层/缓冲层/窗口层/减反射膜/上电极。

研究表明，吸收层铜铟镓硒（硫）薄膜对电池性能起着决定性的作用。由于元素成分多、结构复杂，主要由Cu、In、Ga、Se或/和S四种或五种元素合成，是由多种相互固溶的化合物构成，光学吸收层中各元素的化学配比及其分布是决定电池性能的重要因素。

在铜铟镓硒薄膜太阳电池中，吸收层铜铟镓硒/硫薄膜的制备方法主要分为两类：第一类方法是多元共蒸发法，即以Cu、In、Ga和Se为源在真空室中进行反应共蒸发，或将Cu＋Se、In＋Se、Ga＋Se等二元分布共蒸发。共蒸发法要求每种元素的蒸发速率和在衬底上的沉积量都要求精确控制，才能得到均匀的薄膜，提高了电池的制作成本；第二类方法是金属预制层后硒化法，即先在衬底上按配比沉积Cu、In、Ga层，再在Se气氛中Se化，形成满足配比要求的CuIn_1-XGa_XSe₂多晶薄膜，或用硫替代硒，进行硫化反应或先硒后硫分步法的化学热处理，形成CuIn_1-XGa_XS₂或CuIn_1-XGa_XSe_2-XS₂薄膜。第二类方法由于其利于产业化等优点而受到广泛关注，其中尤其以溅射后硒化方法应用最广泛，其技术特点为采用单质或合金靶材溅射金属预制膜Cu-In-Ga，而后采用硒化氢或固态硒源硒化，由于硒化氢剧毒而采用固态硒源则制备的吸收层薄膜的成分不易控制，使得制备的吸收层薄膜的性能低，造成制备的薄膜太阳电池性能低。

发明内容

本发明为解决背景技术中存在的技术问题而提供吸收层性能高，有利于提高薄膜太阳电池性能，并且制备过程简便、过程可控、工艺重复性好的一种铜铟镓硒薄膜太阳电池吸收层的制备方法。

本发明采取的技术方案是：

铜铟镓硒薄膜太阳电池吸收层的制备方法，其特点是：包括以下制备步骤：⑴采用CuIn_1-XGa_XSe₂化合物靶材，通过射频磁控溅射法，在衬底的底电极上制备CuIn_1-XGa_XSe₂层；⑵对⑴中制有CuIn_1-XGa_XSe₂层的衬底进行退火处理，底电极上即得到CuIn_1-XGa_XSe₂吸收层。

本发明还可以采用如下技术方案：

所述的射频磁控溅射法包括：将制有底电极的衬底置入真空溅射设备，对设备抽真空为<3×10^-3Pa、温度达到200-500℃时，通入Ar气，将黄铜矿相的CuIn_1-XGa_XSe₂（X＝0.2-0.4）化合物靶材在1.0-5.0W/cm²的靶功率密度下对底电极进行射频磁控溅射，底电极上得到厚度为0.7-2.5微米的CuIn_1-XGa_XSe₂层。