[發(fā)明專利]銅銦鎵硒太陽(yáng)能電池、其吸收層薄膜及該薄膜的制備方法、設(shè)備

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910006531.0
• 申請(qǐng)日: 2009-02-17
• 公開（公告）號(hào): CN101740660A
• 公開（公告）日: 2010-06-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 夏瑩菲;趙夔;陸貞冀
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京華仁合創(chuàng)太陽(yáng)能科技有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): H01L31/18
• 分類號(hào): H01L31/18;H01L31/0216;H01L31/032;H01L31/042;C03C17/36
• 代理公司: 北京律誠(chéng)同業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11006
• 代理人: 祁建國(guó);梁揮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于太陽(yáng)能電池的半導(dǎo)體材料的制備方案，尤其涉及一種制備銅銦鎵硒太陽(yáng)能電池吸收層薄膜的方法、設(shè)備以及該方法所得到的銅銦鎵硒吸收層薄膜及含該吸收層薄膜的太陽(yáng)能電池。

背景技術(shù)

銅銦鎵硒(CIGS)太陽(yáng)電池是多元化合物半導(dǎo)體薄膜電池，它是在玻璃或是其它廉價(jià)襯底上依次沉積多層薄膜而構(gòu)成的光伏器件，其結(jié)構(gòu)如附圖1所示。從玻璃襯底到最頂層依次是：金屬M(fèi)o背電極/銅銦鎵硒(CIGS)吸收層/CdS過(guò)渡層/本征ZnO(i-ZnO)層/ZnO:Al窗口層，最后可以選擇在表面依次鍍上減反射層(AR?Coating)來(lái)增加光的入射，再鍍上金屬柵極用于引出電流。

銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽(yáng)電池的主要特點(diǎn)為：光吸收系數(shù)非常大(α約為10⁵/cm)，薄膜厚度約為2μm能吸收太陽(yáng)光90％以上的能量；禁帶寬度為1.1-1.4eV，適于太陽(yáng)光的光電轉(zhuǎn)換；容易形成固溶體，能控制禁帶寬度等；銅銦鎵硒(CIGS)系薄膜太陽(yáng)電池不存在光致衰減的問(wèn)題。

銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽(yáng)電池的關(guān)鍵部分是銅銦鎵硒(CIGS)化合物吸收層，它是吸收太陽(yáng)光能量轉(zhuǎn)化為電能的核心結(jié)構(gòu)，它的性能直接影響電池的光電轉(zhuǎn)換效率。銅銦鎵硒(CIGS)是四元化合物半導(dǎo)體，原子的晶格配比及結(jié)晶狀況對(duì)其性能起著決定性的作用。銅銦鎵硒(CIGS)薄膜的制備手段分為三種，第一類是即真空蒸鍍，這四種元素(Cu、In、Ga、Se)均可通過(guò)蒸鍍制膜；第二類是磁控濺射，主要適用于Cu、In、Ga金屬薄膜沉積，也可濺射部分二元硒化物(硒化銅、硒化銦等)薄膜；第三類是其他方法，比如電化學(xué)沉積、印刷噴涂、化學(xué)氣相沉積、噴涂熱解法、分子束外延等。

目前，國(guó)際上主要制備銅銦鎵硒(CIGS)薄膜的工藝有兩類，一類是由美國(guó)可再生能源國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(NREL)發(fā)展出的“三步共蒸法”，它的制膜手段采用全蒸鍍工藝，具體過(guò)程是：第一步先在低基底溫度蒸鍍In、Ga、Se；第二步在高基底溫度蒸鍍Cu、Se；第三步高基底溫度蒸鍍In、Ga、Se。迄今為止世界上最高光電轉(zhuǎn)換效率的銅銦鎵硒(CIGS)太陽(yáng)能電池正是采用了“三步共蒸法”制備銅銦鎵硒(CIGS)薄膜，其實(shí)驗(yàn)室樣片效率達(dá)到19.9％。該方法優(yōu)點(diǎn)在于能夠比較容易地控制薄膜成分分布，減少有害的二級(jí)相的生成，制備出高效率的電池，但是該方法工藝過(guò)程復(fù)雜，不適合大規(guī)模流水線生產(chǎn)；第二類是以Shell?Solar、Showa?Shell等公司為代表使用的“預(yù)制層——硒化法”，這種工藝中，先統(tǒng)一集中制備三種金屬的預(yù)制層薄膜，制膜手段可以采用蒸鍍、磁控濺射等，再將預(yù)制層置入高溫富硒環(huán)境進(jìn)行硒化處理。硒化處理的硒氣氛，可以由固體硒源蒸發(fā)，也可以由硒化氫氣體提供。在硒化之前，可根據(jù)需求在預(yù)制層表面蒸鍍上適量的硒。這種工藝常用在工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)，目前大面積樣片(超過(guò)1m²)效率已經(jīng)接近15％。中國(guó)發(fā)明專利(公開號(hào)：CN1719625)公開了一種銅銦鎵硒或銅銦鎵硫太陽(yáng)能電池吸收層的預(yù)制層——硒化法，該方法是在鈉鈣玻璃Mo襯底上，先用真空磁控濺射法統(tǒng)一集中制備CuInGa的金屬預(yù)制層，再在熱處理真空室中進(jìn)行預(yù)蒸發(fā)后硒化處理。該方法工藝簡(jiǎn)單可行，有利于生產(chǎn)需求。但是，該方法所得到的CuInGa金屬預(yù)制層的厚度都在0.8微米以上，再在此微米級(jí)厚度的CuInGa金屬預(yù)制層上進(jìn)行硒化處理，對(duì)元素成分的控制稍顯不力，容易出現(xiàn)Ga元素集中分布在薄膜底(靠近Mo的一側(cè))、In元素集中分布薄膜表面(靠近CdS的一側(cè))的現(xiàn)象，會(huì)降低開路電壓，從而影響光電轉(zhuǎn)換效率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種制備銅銦鎵硒太陽(yáng)能電池銅銦鎵硒(CIGS)吸收層薄膜的方法、設(shè)備及由該方法得到的銅銦鎵硒(CIGS)吸收層薄膜，及包含此銅銦鎵硒(CIGS)吸收層薄膜的銅銦鎵硒太陽(yáng)能電池，以解決現(xiàn)有技術(shù)中In、Ga元素分布不均的問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種微-納技術(shù)制備銅銦鎵硒太陽(yáng)能電池的CIGS吸收層薄膜的方法，包括步驟：步驟1：制備第一層納米量級(jí)厚度的銅銦鎵硒(CIGS)吸收層薄膜結(jié)構(gòu)，于第一層納米量級(jí)厚度的銅銦鎵硒(CIGS)吸收層薄膜結(jié)構(gòu)上順序制備第二層、第三層至第N層納米量級(jí)厚度的銅銦鎵硒(CIGS)吸收層薄膜結(jié)構(gòu)，形成由N層納米量級(jí)厚度的銅銦鎵硒(CIGS)吸收層薄膜結(jié)構(gòu)疊加起來(lái)的微米量級(jí)的銅銦鎵硒(CIGS)吸收層薄膜；步驟2：對(duì)疊加起來(lái)的微米量級(jí)的銅銦鎵硒(CIGS)吸收層薄膜進(jìn)行快速退火處理。

其中，N介于10～50之間。