[发明专利]一种制备铜铟镓硒薄膜太阳能电池光吸收层的方法

说明书

技术领域

本发明属于薄膜太阳能电池和半导体技术领域，特别涉及一种制备铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池光吸收层的方法。

背景技术

铜铟硒(CuInSe₂，简称CIS)基化合物半导体材料具有高的可见光吸收系数，因此可以制备成薄膜太阳能电池，降低成本。由于其可以薄膜化，也可将其制备在不锈钢等金属衬底或聚酰亚胺高分子衬底上，使其柔性化、轻质化，以满足对柔韧性和重量有特殊要求的领域。且其禁带宽度可通过Ga、Al、S等元素的掺杂进行调制，与太阳光谱形成良好的匹配，提高太阳光的利用率。因此铜铟锡基薄膜太阳能电池是国际光伏界研究热点之一，很有可能成为下一代的商品化薄膜太阳电池。

光吸收层是CIS基薄膜太阳能电池的核心功能层，该层质量直接影响电池的光电转换效率。CIS基薄膜太阳能电池光吸收层主要有CuIn_x(Ga，Al)_1-xSe_y(S，Te)_2-y(x=0～1，y=0～2)，其中CuIn_xGa_1-xS_ySe_2-y(x=0～1，y=0～2)（CIGS）作为光吸收层制备的电池元件最高转换效率达19.9%。

CIS基薄膜太阳能电池光吸收层制备方法主要有金属后硒化法、共蒸发法及电沉积法等。金属后硒化法是目前应用最多、技术成熟度相对最高的制备方法，但其在硒化过程中发生剧烈的化合反应，薄膜尺寸变化很大，膜内应力较大，且Ga与Se反应温度较高，造成Ga在Mo电极表面富集，使Ga不能形成有效掺杂，薄膜禁带宽度可控性较差，且界面状态恶化，这些问题在制备大尺寸电池时更为突出。共蒸发法薄膜成分控制比较准确，但其设备控制难度较大，且设备投资较高。电沉积法基本无法控制薄膜的成分，尤其对于大尺寸电池制备，由于其成分控制取决于沉积电位，但电池是在玻璃衬底或金属箔材上衬底，电位分布均匀性很差。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺点，提供一种制备CIGS薄膜太阳能电池光吸收层的方法。

一种制备CIGS薄膜太阳能电池光吸收层的方法，其特征在于采用陶瓷拼接靶射频磁控溅射，该方法步骤如下：

（1）在钠玻璃基片上溅射Mo薄膜，制备CIGS薄膜太阳能电池所需的Mo背电极；

（2）将制备的Mo电极放入腔体加热器上，安装溅射陶瓷靶，靶基距为60mm。然后抽真空至小于3.0×10^-3Pa，以20℃/min升温速率将沉积有Mo背电极的玻璃样品加热至400℃～450℃，随后通入氩气，将气压调至0.1～0.8Pa，开始溅射，将溅射功率增加至100～150W，辉光稳定后，移开挡板，开始沉积，沉积40分钟后，关挡板，关溅射，断开氩气，关真空系统，得到CIGS薄膜；

（3）随后将沉积的CIGS薄膜移入管式真空炉中，真空炉抽至真空小于8.0×10^-3Pa，以20℃/min升温速率将CIGS薄膜加热至500℃～550℃。以5℃/min将硒源加热至230℃～280℃，用氩气（Ar）作为载气将硒输运到真空管式炉中，退火气压1Pa～10Pa，保温时间20min～40min，随后以10℃/min的降温速率降温至350℃，随炉冷却至150℃，得到CIGS薄膜太阳能电池光吸收层。

所述溅射陶瓷靶材由99.99%的Ga₂Se₃、In₂Se₃和CuSe三种二元陶瓷块交叉拼接靶材为靶材，各陶瓷块最小单元弧度为5°，20°，20°，靶材直径Φ80mm，厚度6mm。

所述制备铜铟镓硒硒薄膜太阳能电池所需的Mo电极步骤如下，将清洗好的钠玻璃基片放入腔体加热器上，安装Mo靶材，靶基距为60mm，然后抽真空至小于3.0×10^-3Pa，随后通入氩气，将气压调至0.1～1.5Pa，开溅射，将溅射功率增加至120W，辉光稳定后，移开挡板，沉积10～20min，随后关挡板，关溅射，关真空系统，得到制备CIS基薄膜太阳能电池所需的Mo背电极。

本发明的有益效果为：本发明通过射频溅射陶瓷靶，随后高温硒化退火制备CIGS光吸收层。该方法使用的靶材成本较低，可通过硒的掺杂调制禁带宽度，降低Ga元素用量，降低成本，同时解决金属后硒化的膜应力引起性能控制难度较大的问题，制备的光吸收层成分可控性较好。

附图说明

图1是本发明使用靶材的结构图；