[发明专利]一种PVD法制备V型掺杂铜铟镓硒吸收层的方法

说明书

本发明公开了一种PVD法制备V型掺杂铜铟镓硒吸收层的方法，包括如下步骤：S1：以不锈钢柔性材料为衬底，采用PVD溅射法在衬底的表面沉积第一层铜铟镓薄膜，同时进行低温硒化处理，形成第一层铜铟镓硒薄膜层；S2：采用PVD溅射法在第一层铜铟镓硒薄膜上沉积第二层铜铟镓薄膜，同时在高温下进行硒化处理，形成第二层铜铟镓硒薄膜吸收层；S3：采用PVD溅射法在第二层铜铟镓硒薄膜上沉积第三层铜铟镓薄膜，同时进行低温热退火处理和硒化处理，形成第三层铜铟镓硒薄膜界面层。通过控制镓的掺杂含量，实现了V型双梯度能带分布。工艺流程简单，可控性和稳定性程度高，实现工艺优化后的CIGS电池转换效率提升1.0％以上。

技术领域

本发明涉及太阳能薄膜电池技术领域，特别涉及一种PVD法制备V型掺杂铜铟镓硒吸收层的方法。

背景技术

随着技术发展，产业化铜铟镓硒薄膜太阳电池效率大幅度提升。铜铟镓硒薄膜作为薄膜电池的光吸收层，对电池效率影响至关重要。如何降低铜铟镓硒吸收层中，少数载流子复合速率，是薄膜电池技术研究方向与热点。

1994年，美国NREL使用三步共蒸法，制备的铜铟镓硒薄膜实现了双梯度带隙结构，不仅提高了电池的开路电压，并且增加了对光生载流子的收集。Gabar等对铜铟镓硒薄膜能带双梯度理论的可行性和模拟过程进行详细的论述，并制备光电转换效率达到16.4%的CIGS薄膜太阳能电池。此后，小面积CIGS薄膜太阳能电池最高转换效率世界纪录很长时间一直由NREL保持，CIGS太阳能电池的光电转换效率由1999年的18.8%提高到2008年的19.9%。2010年德国氢能和可再生能源研究中心（ZSW）所制备的CIGS太阳能电池的转换效率达到20.3%。但太阳电池的转换效率仍然具有较大的提供空间。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种工艺流程简单、可控性和稳定性程度高、电池转换效率高的一种PVD法制备V型掺杂铜铟镓硒吸收层的方法。

根据本发明的一个方面，提供了一种PVD法制备V型掺杂铜铟镓硒吸收层的方法，其特征在于,包括如下步骤：

S1：采用PVD溅射法在衬底上形成第一层铜铟镓硒薄膜层：以不锈钢柔性材料为衬底，采用PVD溅射法在衬底的表面沉积第一层铜铟镓薄膜，同时进行低温硒化处理，形成第一层铜铟镓硒薄膜层；

S2：采用PVD溅射法在第一层铜铟镓硒薄膜层上形成第二层铜铟镓硒薄膜层：采用PVD溅射法在第一层铜铟镓硒薄膜上沉积第二层铜铟镓薄膜，同时在高温下进行硒化处理，形成第二层铜铟镓硒薄膜吸收层；

S3：采用PVD溅射法在第二层铜铟镓硒薄膜层上形成第三层铜铟镓硒薄膜层：采用PVD溅射法在第二层铜铟镓硒薄膜上沉积第三层铜铟镓薄膜，同时进行低温热退火处理和硒化处理，形成第三层铜铟镓硒薄膜界面层。

进一步地,所述PVD溅射法在衬底的表面沉积第一层铜铟镓薄膜采用的铜铟镓合金靶，镓的质量百分比为13.6%，铟与镓的原子百分比满足x=Ga/(Ga+In),x=0.5；

进一步地,所述形成第二层铜铟镓薄膜采用的铜铟镓合金靶，该靶材镓的质量百分比为12%，铟与镓的原子百分比满足x=Ga/(Ga+In),x=0.33；

进一步地,所述形成第三层铜铟镓薄膜采用的铜铟镓合金靶，该靶材镓的质量百分比为25%，铟与镓的原子百分比满足x=Ga/(Ga+In),x=0.6。

进一步地,所述PVD溅射法在衬底的表面沉积第一层铜铟镓薄膜，溅射方式为交流电源磁控溅射，溅射功率为8～16KW，磁控溅射气体压强为0.1～10Pa；

进一步地,所述形成第二层铜铟镓薄膜，溅射方式为交流电源磁控溅射，溅射功率为10～25KW，磁控溅射气体压强为0.1～10Pa；

进一步地,所述形成第三层铜铟镓薄膜，溅射方式为脉冲直流电源磁控溅射，溅射电流为5～15A，磁控溅射气体压强为0.1～10Pa。