[发明专利]一种铜铟镓硒薄膜太阳电池掺钾元素的方法

说明书

技术领域

本发明属于铜铟镓硒薄膜太阳电池技术领域，特别是涉及一种铜铟镓硒薄膜太阳电 池掺钾元素的方法。

背景技术

目前，人类面临的最大课题不仅有能源问题，还有环境问题，为利用太阳能来解决 全球性的能源和环境问题，各种太阳电池应运而生。铜铟镓硒(铜铟镓硒)化合物太阳 电池因转换效率高、弱光发电性能好、稳定性好、无衰减等优点而成为最有希望的光伏 器件之一。

铜铟镓硒薄膜太阳电池的最高转换效率从2010年的14.7％迅速提高到21.7％，铜铟 镓硒薄膜太阳电池的制备方法也日趋成熟，关于铜铟镓硒薄膜太阳电池制备的专利有很 多，如申请号为201210495682.9的专利申请材料就较为详细的描述了一种真空方法制备 铜铟镓硒薄膜太阳电池的方法。为了进一步提高电池光电转换效率，在制备铜铟镓硒薄 膜电池吸收层材料过程中，利用各种方法进行金属钠元素的掺杂。申请号： 201320544346.9和申请号：201320544968.1的专利申请就是关于金属钠元素进行掺杂的 方法介绍。当然，也有人较为笼统的提出了碱金属掺杂方法，如申请号：201210189541.4 的专利材料，认为金属钠以及和其同族的碱金属都在铜铟镓硒薄膜太阳电池中的作用机 理相同，掺杂方法也相同。但现有的方法存在降低电池性能、光电转换效率低等技术问 题。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种铜铟镓硒薄膜太阳电池掺钾元 素的方法。

本发明的目的是提供一种工艺简单、操作方便、安全稳定，通过提高电池的开路电 压来最终提高铜铟镓硒薄膜太阳电池的光电转换效率等特点的铜铟镓硒薄膜太阳电池掺 钾元素的方法。

铜铟镓硒薄膜太阳电池掺钾元素的工艺步骤：

步骤1.在衬底上制作背电极

通过直流磁控溅射沉积系统在电池衬底上沉积与厚度为500-700nm的Mo作为背电 极，Mo为双层结构，接近衬底的为高阻Mo层，厚度在100-150nm，在高阻Mo层上再沉 积400-550nm的低阻Mo层，作为电池的背电极；

步骤2.在背电极上采用共蒸发方法制备铜铟镓硒吸收层

采用传统的共蒸发三步法在背电极上制作铜铟镓硒吸收层，需要特别指出的是，三 步法第一步衬底温度在250-300℃范围，而第二步和第三步衬底温度在450-480℃范围内， 三步法制备铜铟镓硒薄膜具体制备过程如图1所示。

步骤3.对制备好的铜铟镓硒吸收层薄膜进行掺钾元素处理

三步法制备铜铟镓硒吸收层工艺结束后，不关闭硒蒸发源，关闭其他金属蒸发源， 降低衬底温度到275-300℃范围内，同时对装有氟化钾(KF)元素的蒸发源加热，加热温 度设为670-700℃范围，待衬底温度稳定在设定范围，氟化钾蒸发源温度也稳定后，蒸发 10分钟，然后，开始降温。

步骤4.按照传统工艺制备铜铟镓硒薄膜太阳电池

在铜铟镓硒薄膜上面自下至上依次制作缓冲层CdS；i-ZnO层；透明窗口层；减反射 层和栅线电极。

本发明提出：在铜铟镓硒薄膜太阳电池中掺入碱金属族的一种元素钾有着与另一碱 金属族元素钠不同的作用机理和掺入方法。钠元素作用于铜铟镓硒吸收层内部，故钠掺 杂环境温度较高，掺杂过程尽量接近于铜铟镓硒薄膜的制备过程，而钾元素作用于薄膜 表面(铜铟镓硒层于缓冲层界面)，不能进入铜铟镓硒薄膜内部，进入内部会形成深能 级缺陷，大大降低电池性能，故钾元素的掺杂环境温度较低，在完成铜铟镓硒薄膜制备 后的一段时间内进行为宜。

本发明铜铟镓硒薄膜太阳电池掺钾元素的方法采用的技术方案：

一种铜铟镓硒薄膜太阳电池掺钾元素的方法，其特点是：铜铟镓硒薄膜太阳电池掺 钾元素的方法包括以下工艺过程：

步骤1.在衬底上制作背电极

通过直流磁控溅射沉积系统在电池衬底上沉积与厚度为500-700nm的Mo作为背电 极；

步骤2.在背电极上采用共蒸发方法制备铜铟镓硒吸收层

采用共蒸发三步法在背电极上制作铜铟镓硒吸收层，第一步衬底温度250-300℃，第 二步和第三步衬底温度450-480℃范围；

步骤3.铜铟镓硒吸收层薄膜进行掺钾元素处理