[發明專利]硒化物前驅薄膜與快速硒硫化熱處理制備薄膜電池方法

無效

• 申請號: 200810053356.6
• 申請日: 2008-05-30
• 公開（公告）號: CN101299446A
• 公開（公告）日: 2008-11-05
• 發明（設計）人: 孫國忠;敖建平;楊小鋒;周志強;張超;何青;劉新路;李寶璋
• 申請（專利權）人: 南開大學;孫國忠;敖建平
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種非真空低成本法制備CIGS薄膜太陽電池的硒化物前驅薄膜與快速硒硫化熱處理的方法，其特征在于，包括：(1)在剛性襯底基片的鉬電極薄膜上順序涂覆納米硒化物涂料與干燥成膜，或順序電鍍(或電沉積)不同組份納米微晶硒化物前驅薄膜，該硒化物前驅薄膜成份與構造分別是：(CuGaSe₂+CuSe)、(Ga₂Se₃+CuSe)、In₄Se₃(或In₂Se₃+CuInSe₂)、CuSe[或(CuSe+Ga₂Se₃)、(CuSe+CuGaSe₂)]的順序取舍式組合；(2)制備了該硒化物前驅薄膜的一摞剛性基片被放置于真空室內的氣密空間中，通過從室溫至290℃高真空加熱、注入氫氣，再抽至高真空與注入氫氣的多次操作，最后再注入氬氣+氫氣的第一氫化預處理；(3)第二硒化處理，將該摞基片由上而下或由下而上地平行移動，分別一片片地推入另一相對的氣密空間，先啟動基片底部的加熱，并向第二氣密空間導入類H₂Se氣體，在保持足夠的硒氣壓(20～80kPa)時，對移動中的基片進行上下快速加熱或上部掃描式加熱與底部隨基片移動的固定方式加熱與升溫，基片本身始終保持在350℃～580℃，基片表層由于高功率輻射熱源的移動式掃描加熱，前驅硒化物薄膜會快速升溫到350℃～1100℃，促使硒化物前驅薄膜中Cu_xSe/與In₄Se₃相受熱快速融化(523℃液化)，輔助CIGS薄膜晶體液相反應生長和薄膜自身的致密化，大晶粒致密的CIGS薄膜生成后，其表層會滲出微量或吸附著多余液相Cu_xSe；(4)第三硒硫化處理，基片襯底在520℃～580℃適宜溫度時，將基片運動轉移至濺射位置，調節氣密空間氣壓至0.3～25Pa，通過反應濺射In₂Se₃或In₂S₃中和反應掉基片表層多余的液相Cu_xSe，嚴格控制基片表面CIGS薄膜成份由富銅轉變成貧銅結構過程中，反應濺射In₂Se₃或In₂S₃的量；(5)第四硒化處理，反應濺射結束后增大氣密空間導入類H₂Se氣體量，使其環境硒氣壓達20～80kPa時，高功率輻射熱源對基片進行更快速度的熱掃描；(6)第五高溫硫化處理，排空類H₂Se氣體后，重新注入反應濺射氣體H₂S+Ar，維持氣壓在0.3～25Pa，基片移動至濺射位置后進行反應濺射In₂S₃，In₂S₃在薄膜的表層生成n型Cu(In_1-xGa_x)SSe或Cu(In_1-yGa_y)₃(Se_1-xS_x)₅高阻層；在上述快速硒硫化熱處理的操作過程中，第二氣密空間交替充入類H₂Se氣體或H₂S+Ar氣體，其中間進行過高真空排氣工序，氣壓有升有降；(7)將經過快速硒硫化熱處理后的基片轉移至第三氣密冷卻空間；這樣，第一空間整摞基片在經過快速硒硫化處理后歸入第三冷卻空間，該空間注入有Ar+H₂S混合氣體，保證基片襯底逐漸由580℃下降至110℃過程中，CIGS薄膜材料內硒硫元素不流失；(8)降溫后的基片分別被推入第四氣密空間，進行金屬靶反應濺射沉積薄膜電池的高阻本征In(OH，S)/ZnS(O，OH)/ZnO(S)緩沖層與i層，二或三對純金屬濺射靶的靶材與反應氣體的搭配足：In/(Ar、H₂S與H₂O)、Zn/(Ar、H₂S與H₂O)和Zn/(Ar、H₂S與O₂或CO₂)，濺射過程中基片襯底的溫度控制在110℃～350℃；濺射完成后氣密空間被抽至高真空狀態，啟動高功率輻射熱源快速掃描基片表面；(9)將反應濺射沉積了高阻緩沖層與i層后的基片分別歸入第五冷卻空間；基片冷卻后就可轉入下一激光加工處理或機械劃線的電池集成組件的電極串聯連接工序，或沉積低阻透明導電ZnO:Al薄膜工序。