[發明專利]銅銦鎵硒太陽能電池、其吸收層薄膜及該薄膜的制備方法、設備

無效

• 申請號: 200910006531.0
• 申請日: 2009-02-17
• 公開（公告）號: CN101740660A
• 公開（公告）日: 2010-06-16
• 發明（設計）人: 夏瑩菲;趙夔;陸貞冀
• 申請（專利權）人: 北京華仁合創太陽能科技有限責任公司
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;H01L31/0216;H01L31/032;H01L31/042;C03C17/36
• 代理公司: 北京律誠同業知識產權代理有限公司 11006
• 代理人: 祁建國;梁揮

1.一種微-納技術制備銅銦鎵硒太陽能電池的銅銦鎵硒吸收層薄膜的方法，其特征在于，包括步驟：

步驟1：制備第一層納米量級厚度的銅銦鎵硒吸收層薄膜結構，于第一層納米量級厚度的銅銦鎵硒吸收層薄膜結構上順序制備第二層、第三層至第N層納米量級厚度的銅銦鎵硒吸收層薄膜結構，形成由N層納米量級厚度的銅銦鎵硒吸收層薄膜結構疊加起來的微米量級的銅銦鎵硒吸收層薄膜，N介于10～50之間；其中，第一層至第N層納米量級厚度的銅銦鎵硒吸收層薄膜結構的每個薄膜結構的具體制備方法為，先在襯底上制備一層Cu、In、Ga三種金屬的薄膜，三種金屬薄膜的單獨厚度依次為10～30nm、10～30nm、5～10nm；然后，再在已有的金屬薄膜上利用真空蒸鍍再沉積上一層元素硒薄膜，厚度為20～50nm，硒蒸鍍源溫度維持在260～300℃；

步驟2：對疊加起來的微米量級的銅銦鎵硒吸收層薄膜進行快速退火處理。

2.根據權利要求1所述的微-納技術制備銅銦鎵硒太陽能電池的銅銦鎵硒吸收層薄膜的方法，其特征在于，沉積Cu、In、Ga金屬薄膜時，采用磁控濺射的方法，濺射氣壓維持在0.1～2pa，基底溫度保持在250～400℃，濺射沉積的三種金屬薄膜總厚度僅為25～60nm，三種金屬的濺射順序為先濺射In，再濺射Cu/Ga；或者為先濺射Cu/Ga，再濺射In；或者沉積Cu、In、Ga金屬薄膜時，采用真空蒸鍍的方法，基底溫度同樣保持在250～400℃，蒸鍍沉積的三種金屬薄膜總厚度僅為25～60nm，三種金屬的蒸鍍的順序為先濺射In，再濺射Cu/Ga；或者為先濺射Cu/Ga，再濺射In。

3.根據權利要求1所述的微-納技術制備銅銦鎵硒太陽能電池的銅銦鎵硒吸收層薄膜的方法，其特征在于，于步驟2的對薄膜進行快速退火處理中，處理的峰值溫度為400～600℃，在這個溫度的維持時間為1～30分鐘，退火工藝的溫度曲線中，平均升溫速率為5～20℃/s，退火的氛圍為氬氣或氮氣純惰性氛圍，或者為惰性氣體加上硫化氫、硒化氫反應氣體的氛圍，或者為干燥、潔凈的空氣，加熱方式為普通的電阻絲加熱或者為用鹵素燈紅外加熱或者兩種加熱方式的結合。

4.根據權利要求1所述的微-納技術制備銅銦鎵硒太陽能電池的銅銦鎵硒吸收層薄膜的方法，其特征在于，于步驟2后，還包括將樣片放在惰性氣體或者真空環境下自由降溫的步驟，在基底為玻璃基底時，平均降溫速率為5～10℃。

5.權利要求1的微-納技術制備銅銦鎵硒太陽能電池的銅銦鎵硒吸收層薄膜的方法所制得的銅銦鎵硒太陽能電池的銅銦鎵硒吸收層薄膜。

6.一種包括權利要求5的銅銦鎵硒吸收層薄膜的銅銦鎵硒太陽能電池。

7.一種微-納技術制備銅銦鎵硒太陽能電池的銅銦鎵硒吸收層薄膜的設備，其特征在于，順序包括三個真空室A、B、C，真空室A與B、B與C之間均有門閥隔離，真空室A具有一濺射區，真空室B具有一蒸鍍區，真空室C具有一快速退火處理區，其中，通過樣品在真空室A、B內往復進行平動，真空室A、B用于制備第一層納米量級厚度的銅銦鎵硒吸收層薄膜結構，并于第一層納米量級厚度的銅銦鎵硒吸收層薄膜結構上順序制備第二層、第三層至第N層納米量級厚度的銅銦鎵硒吸收層薄膜結構，以形成由N層納米量級厚度的銅銦鎵硒吸收層薄膜結構疊加起來的微米量級的銅銦鎵硒吸收層薄膜，N介于10～50之間；并且真空室C用于對于真空室A、B中制得的疊加起來的微米量級的銅銦鎵硒吸收層薄膜進行快速退火處理。

8.根據權利要求7所述的微-納技術制備銅銦鎵硒太陽能電池的銅銦鎵硒吸收層薄膜的設備，其特征在于，在真空室A中，正向設置了一個Cu/Ga合金靶，以及一個純In靶，用于濺射沉積Cu、In、Ga金屬薄膜，反向有電阻絲加熱器，用于加熱樣片；真空室B的正向具有一個Se蒸鍍線源，反向具有加熱器提供250～400℃的基底溫度，以完成蒸鍍硒和硒化；真空室C分為兩段，前段的快速退火處理區用于進行快速退火處理，快速退火處理區的正向設有能夠提供快速加熱的快速退火處理加熱器，以獲得更高的升溫速率，反向設有電阻絲加熱器，真空室C的后段為一降溫區，用于降溫，以提供適當的降溫梯度，保護基片。

9.根據權利要求7所述的微-納技術制備銅銦鎵硒太陽能電池的銅銦鎵硒吸收層薄膜的設備，其特征在于，樣片豎直固定在一樣品架上，樣片帶有Mo膜的一側面向真空室的正向，樣品架經一齒條傳動，以自由地在三個真空室內進行平動。

10.一種微-納技術制備銅銦鎵硒太陽能電池的銅銦鎵硒吸收層薄膜的系統，其特征在于，順序包括真空室A1、B1、A2、B2、A3、B3......A_N、B_N、C，各真空室之間均有門閥隔離，真空室A1、A2、A3......A_N各具有一濺射區，真空室B1、B2、B3......B_N各具有一蒸鍍區，真空室C具有一快速退火處理區，其中，在樣品從真空室A1至真空室C平動過程中，真空室A1、B1、A2、B2、A3、B3......A_N、B_N用于制備由N層納米量級厚度的銅銦鎵硒吸收層薄膜結構疊加起來的微米量級的銅銦鎵硒吸收層薄膜；并且真空室C用于對于真空室A1、B1、A2、B2、A3、B3......A_N、B_N中制得的疊加起來的微米量級的銅銦鎵硒吸收層薄膜進行快速退火處理，N介于10～50之間。