[发明专利]CIGS薄膜太阳能电池硒化物的制备方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种CIGS薄膜太阳能电池吸收层，具体说是吸收层用硒化物材料的制备方法。

背景技术

CuInSe₂，Cu(InGa)Se₂等作为光吸收层、具有抗辐射、性能稳定的特点，可以制备成成本较低的太阳能薄膜电池，适合民用。其制备方法目前比较成熟的是一般采用先溅射后硒化或硫化工艺，这种方法不能保证薄膜成分和厚度的均匀性，而且硒化工艺涉及剧毒硒化物或硫化物，在制备过程中对设备要求较高。为了简化工艺和降低成本，美国学者利用CuInGaSe靶材，通过一步溅射的方法制备CIGS光吸收层，这种工艺大大简化了制备流程，能够精确控制薄膜成分和厚度，使硒化工艺简化甚至取消。目前，使用Cu₂Se、In₂Se₃、Ga₂Se₃靶材合成薄膜太阳能电池吸收层是个可行的方法。

因此，Cu₂Se、In₂Se₃、Ga₂Se₃粉末合金成为制备相应薄膜太阳能电池吸收层靶材的关键材料。但在合金制备过程中容易造成Se 的大量挥发和Se 在合金表面的漂浮，使其不能完全与合金融合，难以形成一体化合金；还有硒与Ga、In 发生剧烈的化学反应，制备工艺设计不合理，容易造成设备的毁坏、环境的污染和硒的损失。因此，控制Se 的挥发和Se 在合金中的均匀分布，是难点也是关键。现有的公开号为CN 101645473 B、名称为“薄膜太阳能电池吸收层用硒化物材料的制备方法”的中国发明专利基本解决了上述问题，本发明是在该专利的基础上作的进一步改进。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种使Se 在合金中分布更加均匀的CIGS薄膜太阳能电池硒化物的制备方法。

本发明采用的技术方案为：CIGS薄膜太阳能电池硒化物的制备方法，该硒化物为Cu2Sex或M2Sey，其中M为In、Ga 中的一种元素，x的取值为0.95～1.05，y的取值为2.8～3.2，包括以下步骤：

（1）首先将Cu、In、Ga中的一种置于一容器的上层加温区，按配比要求将Se置于该容器的下层加温区，在小于10^-2Pa真空度条件下封闭容器或者在充入低于大气压力的氩气、氮气或氦气的条件下封闭容器；

（2）然后对上层加温区以10～20℃ /min 的升温速率、按照最后调整到高于材料熔点的温度分为2～5段升温恒温，每个温度段温度为（-30～30）℃ +最后调整到高于材料熔点的温度/（2～5）+1，恒温时间分别为1～2 小时，接着将温度调整到高于材料熔点的温度，材料熔化后流入下层加温区，待材料全部流出后停止加热；在对上层加温区进行加温的同时，对下层加温区也以10～ 20℃ /min 的升温速率、按照最后调整到高于Se沸点的温度对应分为2～5段升温恒温，每个温度段温度为（-30～30）℃ +最后调整到的高于Se沸点的温度/（2～5）+1，恒温时间分别为1～2小时；在实施过程中，上层、下层加温区的加温时间应对应，即上层加温区根据材料熔点的不同，采用不同的温度段，而且下层加温区应最好采用与上层加温区相同数量的温度段，恒温时间也最好相同；对Se采用梯度升温后，将温度调整到高于Se沸点温度，使得气态的Se向上运动，其与向下运动的材料形成对流，从而充分混合，直至上层加温区的材料全部流入下层加温区；最后，停止对上层加温区加温，并将下层加温区的温度调整到高于材料熔点或沸点的温度，保温2小时～10小时，随后在8 小时内缓慢冷却到室温，将制备的块体从容器内取出后球磨，将粉末筛分，得到粉末产品；

（3）将制备出的粉末放入热压炉模具中在500℃～ 900℃、30MPa～300MPa 压制后按需要的尺寸加工即得到所需的块体靶材。

作为优选，步骤（1）中选取Cu 时，其与Se的摩尔比为Cu Se=2∶0.95～1.05。

作为优选，步骤（1）中选取M 时,其与Se的摩尔比为M∶Se=2∶2.8～3.2。

作为优选，步骤（2）中高于In或Ga熔点的温度为500℃ ～ 800℃。

作为优选，步骤（2）中高于Cu熔点或Se沸点的温度为950℃～ 1250℃。