[发明专利]一种（220）取向的铜铟镓硒薄膜制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用磁控溅射方法制备铜铟镓硒薄膜太阳能电池的吸收层薄膜的方法，即（220）取向的铜铟镓硒薄膜的制备方法。

背景技术

铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池具有光电转化效率高、成本低、性能稳定等优点。其转化效率已达到20.3%，接近晶体硅电池。现有的铜铟镓硒薄膜层在“高温”基板上制备，其目的是为了增加铜铟镓硒晶粒的尺寸，达到0.5～1μm。这样可以降低“电子-空穴”对再次重组，发生在晶界处的复合，从而提高CIGS电池的转换效率。对于目前工业生产而言，低温（如磁控溅射）制备铜铟镓硒电池更符合能源节约型的发展方向，但是，低温下制备的铜铟镓硒电池吸收层中会存在很多的晶界，降低了电池的转换效率，限制了低温铜铟镓硒电池的应用。因此，如何在低温下制备高效率的铜铟镓硒薄膜成为了研发重点。研究发现（220）择优取向的CIGS可以有效地阻止晶界处的空穴电子复合。因此，制备（220）取向的CIGS吸收层可以有效地降低晶界处的“电子-空穴”复合，成为提高电池效率的一种有效的方法。但现有的磁控溅射制备出的CIGS薄膜均是（112）取向的薄膜。存在晶界多，电池转换效率低（8%左右）的问题。如何用磁控溅射方法制备出（220）取向的CIGS薄膜，是亟待解决的难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种（220）取向的铜铟镓硒薄膜制备方法，该方法用磁控溅射方法制备出（220）取向的CIGS薄膜，以其制备的电池转换效率高。且其制备工艺简单、成本低，制备过程中无毒无污染，适合于工业化生产。

本发明实现其目的所采用的技术方案是，一种（220）取向的铜铟镓硒薄膜制备方法，包括以下步骤：

A：清洗基片：将基片依次在丙酮、乙醇、去离子水中各经过10-20分钟的超声清洗，然后用热氮气干燥后放入磁控溅射设备的溅射室；

B：预溅射：在磁控溅射靶枪上安装纯度为99.99%的复合铜铟镓硒靶，复合铜铟镓硒靶中各元素的化学计量比为Cu:In:Ga:Se=1:0.7:0.3:2，调整溅射靶枪到基片的距离为4-8厘米，将溅射室抽真空至气压小于2×10^-4Pa，再通入纯度为99.995%的氩气；调节溅射功率为4-6W/cm²，基片温度为320-380℃，待辉光稳定后，对复合铜铟镓硒靶预溅射8-15分钟，以除去其表面污染物；

C：溅射沉积薄膜：保持溅射功率为4-8W/cm²，基片温度为320-380℃，并将氩气气压调节为1.0～4.0Pa进行10-15分钟的溅射；之后将氩气气压降低至0.5Pa，并在基片上施加20～30V的偏压，进行2-2.5小时的溅射，即得到具有（220）取向的铜铟镓硒薄膜。

与现有的技术相比，本发明的有益结果是：

一、本发明创造性的采用初期10分钟的1.0～4.0Pa氩气气压的高工作气压环境的溅射，形成富铜的初期沉积层；之后进行0.5Pa氩气气压的低工作气压，并在基片上施加20～30V的偏压，制备出富铟的中后期沉积层。通过薄的富铜沉积层与厚的富铟层的组合，成功的制备出具有（220）取向的铜铟镓硒薄膜。该种（220）取向的铜铟镓硒薄膜，可以有效地阻止晶界处的空穴电子复合。以其作为吸收层制备的铜铟镓硒太阳能电池的光电转换效率高。

二、较之三步共蒸发法用四种不同的靶材分别高温蒸发出CIGS四种元素，沉积CIGS薄膜；本发明用磁控溅射方法在磁控溅射室采用一个靶材同时沉积CIGS四种元素，沉积CIGS薄膜，其工艺简单、在低温条件下进行，成本更低。同时，磁控溅射时包括硒元素在内的四种元素均按化学计量比配料及沉积，硒元素无需过量，没有未沉积的硒元素将排放入大气，制备过程中无毒无污染，适合于工业化生产。

上述的步骤A中所采用的基片为钠钙玻璃，钼涂层玻璃或者钼涂层聚酰亚胺树脂玻璃。这几种玻璃与（220）取向的CIGS薄膜结合好，薄膜不会脱落。

上述步骤B中对复合铜铟镓硒靶预溅射时，还在基片上施加40-60V的偏压，以同时除去基片的表面污染物。这样在清洗靶材的同时，也用高偏压对基片进行了清洗，能够提高基片与薄膜的结合力。

以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的详细描述。

附图说明

图1是本发明实施例1制得的CIGS薄膜的X射线衍射（XRD）图谱。

图2是本发明实施例1制得的CIGS薄膜断面的30000倍扫描电镜图。

图3是本发明实施例2制得的CIGS薄膜的光吸收曲线，禁带宽度及电学性质参数。