[发明专利]一种铜铟镓硒太阳电池吸收层的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及薄膜太阳电池制造技术领域，尤其涉及一种铜铟镓硒(CIGS)太阳电池吸收层的制备方法。

背景技术

太阳电池作为清洁环保的可再生能源，正越来越受到人们的重视。铜铟镓硒薄膜太阳电池是一种新型的太阳电池技术，相比常见的基于硅材料的太阳电池，具有使用材料少、成本低、抗辐射性能好等优点，而且还有可能在柔性基底上制备柔性的太阳电池，可减轻电池质量，进一步拓展太阳电池的安装使用范围。另外，铜铟镓硒太阳电池具有较高的转换效率，实验室最高效率可以达到22.6％，已经接近甚至超过晶体硅电池效率。

在CIGS太阳电池的生产中，CIGS吸收层的质量是决定电池效率的关键。CIGS吸收层薄膜主要有两种制备工艺，一种是以单质的铜(Cu)、铟(In)、镓(Ga)和硒(Se)为原料，在真空腔室内以共蒸发的方式在基底上沉积；另一种是先以单质或合金靶材为原料采用磁控溅射方式在基底上沉积铜铟镓预制层，再将预制层硒化为CIGS吸收层薄膜。真空蒸发的工艺容易获得较高的转换效率，但在大面积的制备中很难达到很好的均匀性，而溅射后硒化的工艺，更有利于大规模生产。目前日本的Solar Frontier公司，采用溅射后硒化的工艺已经实现了CIGS太阳电池的量产。

在溅射后硒化的工艺制备的CIGS吸收层中有一个很关键的问题就是，在硒化时由于硒与铟的反应比硒与镓的反应快得多，In会快速的迁移到吸收层表面，这就造成硒化时会在吸收层表面快速形成镓含量低的CIGS相，而大量的镓元素聚集到基底与CIGS吸收层的界面处。这会导致吸收层的表面带隙低，背面带隙高，而且由于镓元素在背面聚集，导致背面的结晶质量差，从而降低了电池的转换效率。为了优化CIGS吸收层中镓元素的分布，以及吸收层的结晶质量，高温退火和硫化工艺都被广泛使用。但是硒化工艺制备的CIGS吸收层始终存在背表面附近镓含量高，晶粒尺寸小的问题。

发明内容

有鉴于现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是改善吸收层的结晶性和镓元素的分布，从而提高CIGS太阳电池的转换效率。

为实现上述目的，本发明提供了一种新的制备CIGS吸收层的方法，具体地，本发明提供的技术方案如下：

一种铜铟镓硒太阳电池吸收层的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，在基底上制备一层In-Se化合物层；

步骤二，在In-Se化合物层上制备Cu-In-Ga层，得到预制层为In-Se/Cu-In-Ga的双层预制层；

步骤三，将双层预制层进行硒化热处理，得到铜铟镓硒吸收层。

优选地，步骤一中In-Se化合物层可以采用溅射、蒸发、电沉积或硒化热处理铟薄膜等方法制备。

优选地，步骤一中In-Se化合物层厚度为50-200nm，且满足原子比In/Se＝1.1-2.0。

优选地，步骤二中Cu-In-Ga层利用磁控溅射方法制备，可以采用Cu-Ga、Cu-In、Cu-In-Ga合金靶和In靶为靶材，溅射气氛为氩气，气压为0.3-1.0Pa。

优选地，双层预制层总厚度为300-1000nm，整体的原子组分比例满足Cu/(In+Ga)＝0.70-0.99。

优选地，步骤三中双层预制层进行的硒化热处理包括在有硒源存在的气氛下的硒化反应，和惰性气体保护下的退火处理。

进一步地，硒源包括硒粉、硒蒸气、硒化氢或有机硒化物。

优选地，基底上溅射有一层钼薄膜作为背电极。

优选地，基底包括钠钙玻璃、低Fe玻璃、太阳能浮法玻璃、不锈钢箔、Al箔、Mo箔、Cu箔、聚酰亚胺(PI)或聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂(PET)。

本发明提供的铜铟镓硒太阳电池吸收层的制备方法提出了In-Se/Cu-In-Ga双层预制层的技术方案，In-Se在钼表面形成之后，In不易在后续的硒化热处理中迁移到表面，故可以增加CIGS吸收层中背表面处的In含量，In含量的提高可以有效改善吸收层背部的晶粒尺寸。同时，In-Se相在550℃以上会出现液相，可以进一步促进晶粒生长和镓元素的扩散，从而改善CIGS吸收层的结晶性和镓元素的分布。因此，采用这种双层的预制层，可以提高CIGS太阳电池的开路电压、填充因子和转化效率。

以下将结合附图对本发明的方法及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是铜铟镓硒太阳电池的结构示意图

图2是本发明实施例1的制备铜铟镓硒吸收层的工艺流程图

具体实施方式