[发明专利]一种CIGS太阳电池吸收层制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及表面工程技术领域，具体涉及一种铜铟镓硒(CIGS)太阳电池吸收层制备方法。

背景技术

随着空间、近空间飞行器、无人机以及地面军事智能化装备的发展，其能源供给系统对太阳电池提出了诸多新的要求，如：轻质、高效、强的抗辐射能力等。柔性铜铟镓硒薄膜太阳电池因其高的光电转换效率、强的抗辐射能力、稳定的电池性能、好的弱光特性以及低的制造成本成为当今光伏领域研究的热点，被认为是最有发展前途的太阳电池之一。柔性基底高质量CIGS吸收层的获得在整个高效柔性CIGS薄膜太阳电池制备过程中起着决定性的作用，它不但与降低生产成本息息相关，而且与转化效率、能否大规模生产等产业化中的问题密不可分，成为研究的重中之中。

CIGS吸收层的制备有多种工艺技术和方法，最常用的有Cu、In、Ga、Se多元三步共蒸发法、CuInGa合金薄膜预溅射后硒化法。其中多元三步共蒸发法要求在薄膜沉积过程中必需保持硒量充足，同时基底温度必需保持在400℃～600℃。后硒化法制备CIGS薄膜必需经过硒化工艺，硒化温度在550℃左右。以上两类方法制备CIGS薄膜时基底都要承受400℃～600℃的高温，以保证薄膜中完整的硒化，使薄膜具有好的成分和组织结构，因此，多用于硬性基底而不适用于柔性基底，400℃～600℃的高温要高于聚酰亚胺等柔性基底的耐受温度。

因此必须开发新的低温技术以实现聚酰亚胺基底高质量CIGS吸收层的低温沉积。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种CIGS太阳电池吸收层制备方法，能够在较低温度下一步生成平整、致密、均匀、光电性能良好的CIGS太阳电池光吸收层薄膜，能显著降低CIGS太阳电池光吸收层薄膜的制备温度，简化工艺。

本发明具体步骤如下：

本发明的CIGS太阳电池吸收层制备方法的步骤如下：将基底加热至250℃～350℃并保温，然后在基底上采用磁控溅射CuGa合金靶和In靶、或CuGa合金靶和CuIn合金靶、或CuInGa合金靶，在溅射的同时采用硒离子束进行硒化反应，生成CIGS太阳电池吸收层。

进一步地，采用硒离子束进行硒化反应时，将离子源置于磁控靶旁边，H₂Se或Se蒸气与Ar气的混合气体通入离子源中形成硒离子束进行硒化反应。

进一步地，所述离子源混合气体中H₂Se或Se蒸汽所占质量比为40％～60％。

进一步地，在加热基底前，采用氩离子束轰击基底，对基底进行活化清洗。

进一步地，所述氩离子束活化清洗中，氩气流量为15～20sccm，离子束放电电压为280V，离子束电流为1A。

进一步地，所述基底为聚酰亚胺膜，膜厚为25～125微米。

有益效果：

(1)本发明通过离子束硒化磁控溅射技术，可以利用Se离子高的化学活性以及离子的动能对表面吸附、解离以及扩散作用的增强而降低反应沉积温度，硒化与磁控溅射同步进行，实现聚酰亚胺基底CIGS薄膜的一步制备，且沉积温度低，工艺简单，成膜速率高，配以相应的柔性衬底卷绕设备，即可实现大面积连续化沉积，适合柔性CIGS薄膜太阳电池的产业化。同时，该方法也可用于刚性基底，较于传统方法，工艺简单，且沉积温度低，能耗低。

(2)在镀膜前用阳极膜线性离子源对基底进行氩离子轰击处理，一是可以通过离子轰击，将吸附在基底表面的水分、有机污染物、杂质气体等溅射掉，提高基底与膜之间的结合力，并避免因夹杂水气造成折射率不同而影响到整体的光学性能；二是可以通过离子轰击改善聚合物基底表面活性，进而加强膜与基底键结强度。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种CIGS太阳电池吸收层制备方法，采用Se离子束代替传统硒化方式，在磁控溅射CuGa合金靶和In靶、或CuGa合金靶和CuIn合金靶、或CuInGa合金靶的同时，采用硒离子束进行硒化反应，利用离子化学活性远大于中性气体分子，而且离子所携带的能量可以提供化学反应所需的能量，使不能自然发生的化学反应过程不但发生了，而且反应强度也极大地增强，同时离子的动能可以增强表面的吸附、解离以及扩散作用，有利于吸收层薄膜在较低的温度下快速沉积，降低基底所需温度，并可以实现一步沉积，简化工艺。

本发明的具体实施步骤如下：

步骤1，将柔性聚合物薄膜基底放在真空室内，对真空室抽真空至2.0×10^-3Pa以下；优选基底为膜厚为25～125微米的聚酰亚胺膜。