[發(fā)明專利]一種太陽電池用銅銦硒光電薄膜材料的制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810237693.0
• 申請日: 2008-12-03
• 公開（公告）號: CN101630701A
• 公開（公告）日: 2010-01-20
• 發(fā)明（設計）人: 劉科高;項東;張保議;馮立明;李靜;王志剛
• 申請（專利權）人: 山東建筑大學
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18
• 代理公司: 濟南舜源專利事務所有限公司
• 代理人: 張建成

技術領域

本發(fā)明屬于太陽電池用光電薄膜制備技術領域，尤其涉及一種制備太陽電池用銅銦硒(CuInSe₂)光電薄膜的制備方法。

背景技術

隨著社會和經(jīng)濟的發(fā)展，我國能源消費總量在2004年已經(jīng)位居世界第二，約占世界能源消費總量的11％，能源緊缺及消費能源帶來的污染同樣已成為國內社會發(fā)展中的突出問題，因此開發(fā)利用清潔能源對保護環(huán)境、經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展和構筑和諧社會都有重要的意義。光伏發(fā)電具有安全可靠、無噪聲、無污染、制約少、故障率低、維護簡便等優(yōu)點，可以利用太陽能這種清潔、安全和環(huán)保的可再生能源，因此近幾十年來太陽電池的研究和開發(fā)日益受到重視。

銅銦硒基薄膜太陽電池目前可以認為是最有發(fā)展前景的薄膜電池，這是因為其吸收層材料CuInSe₂具有一系列的優(yōu)點：(1)在CuInSe₂基礎上摻雜其它元素，如使Ga或Al部分取代In原子，用S部分取代Se，即制備成Cu(In_1-xGa_x)Se₂，Cu(In_1-xGa_x)(Se_2-yS_y)^[10]，Cu(In_1-xAl_x)(Se_2-xS_x)，其晶體結構仍然是黃銅礦。改變其中Ga/(Ga+In)等的原子比，可以使其禁帶寬度在1.04～1.72eV之間變化，包含高效率吸收太陽光的帶隙范圍1.4～1.6eV；(2)CuInSe₂、Cu(In_1-xGa_x)Se₂是直接帶隙的半導體材料，對太陽光譜響應特性非常大，它的吸收系數(shù)很高，光吸收率高達1～6×10⁵cm^-1，因而電池中所需CuInSe₂、Cu(In_1-xGa_x)Se₂薄膜厚度很小，約2μm，最適于太陽電池薄膜化；(3)化學計量比CuInSe₂的光量子效率高；(4)高的光電轉換效率；(5)在較寬成分范圍內電阻率都較小；(6)抗輻射能力強，沒有光致衰減效應，因而使用壽命長；(7)Cu(In_1-xGa_x)Se₂系電池容易做成多結系統(tǒng)。在4個結電池中，從光線入射方向按禁帶寬度由大到小順序排列，這時的理論轉換效率極限可以超過50％。(8)P型CIGS材料的晶格結構與電子親和力都能跟普通的N型窗口材料(如CdS、ZnO)匹配。

目前處于先進水平的Cu(In_1-xGa_x)Se₂光伏吸收材料都是在真空條件下沉積制備的，主要有真空蒸鍍法和(銅銦合金膜)濺射-硒化法。CuInSe₂基吸收層的生產需要采用沉積合金層的昂貴的真空技術。真空技術中操作復雜難度大，所得薄膜也不均勻。另外含有硒化的工藝中薄膜也不均勻，難以控制各組分的化學計量比，其中H₂Se和Se的毒氣污染環(huán)境和危害操作人員。

與前面所述方法一樣，其它方法也有不同的缺陷。與本發(fā)明相關的還有如下文獻：

[1]J.M.Merino，S.D?az-Moreno，G.Sub?asc，M.Leo?n，Acomparative?study?of?Cu?Se?and?In?Se?bond?lengthdistributions?in?CuInSe₂?with?related?In-rich?compounds.ThinSolid?Films?480?481(2005)：295?300.主要描述了用真空管封裝工藝制備了富In的CuInSe₂化合物，研究了Cu-Se和In-Se的分布。

[2]A.Ihlal，K.Bouabid，D.Soubane，M.Nya，O.Ait-Taleb-Ali，Y.Amira，A.Outzourhit?b，G.Nouet?c，Comparative?study?ofsputtered?and?electrodeposited?CI(S，Se)and?CIGSe?thin?films.Thin?Solid?Films?515(2007)5852?5856.