[發明專利]薄膜太陽能電池吸收層CuInSe2薄膜的制備方法

無效

• 申請號: 200910110216.2
• 申請日: 2009-10-23
• 公開（公告）號: CN101777604A
• 公開（公告）日: 2010-07-14
• 發明（設計）人: 范平;梁廣興;鄭壯豪;張東平;蔡興民
• 申請（專利權）人: 深圳大學
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18
• 代理公司: 深圳市君勝知識產權代理事務所 44268
• 代理人: 王永文

技術領域

本發明涉及光電功能材料領域，尤其涉及一種薄膜太陽能電池吸收層銅銦硒(CuInSe₂)薄膜的制備方法。

背景技術

銅銦硒系薄膜太陽能電池是最具發展前景的光伏電池技術之一。黃銅礦結構的銅銦硒(CuInSe₂)(簡稱CIS)是一種直接帶隙I-III-VI族三元化合物半導體材料，具有高達6×10^-5cm^-1光吸收率、禁帶寬度為1.04eV以及抗輻射能強等優點，成為薄膜太陽能電池中較佳的吸收層材料。

目前CIS薄膜較常用的制備方法是三步共蒸發法和CuIn預制層后硒化法。美國可再生能源國家實驗室(NREL)I.Repins等人在《Prog.Photovoltaics》2008年第16卷235頁的文獻中報道利用三步共蒸法，在小面積基底上制備CIS太陽能薄膜電池，其轉化效率已經達到19.9％，可與多晶硅電池的轉化效率(20.3％)媲美。但由于共蒸法無法精確控制元素比例、工藝重復性低、原料的利用率低，不適用于大規模工業生產。

現階段作為大規模生產的方法中主要以是預制層后硒化法為主，其過程是磁控濺射沉積CuIn合金預制層，然后在固態Se或者H₂Se氣氛下進行Se化處理，生成合適化學配比的CIS薄膜。此方法制備CIS對降低成本、提高成品率、實現大面積制備等具有一定的優勢。然而，由于銅銦合金層需要在特制的硒化爐進行硒化處理，不能在不破壞真空的條件下一次完成CIS薄膜的制備。銅銦硒薄膜太陽能電池的結構和光電性能與其制備過程密切相關，如要進一步提高電池轉化效率必須考慮省略后硒化過程來減少外界對其薄膜生長過程中的影響。

不久前，Müller等人在《Thin?Solid?film》2006年第496卷364頁中報道了使用射頻濺射法直接制備CIS薄膜，此方法省略硒化工藝，但大功率的射頻電源不僅價格高，而且對于人身防護也成問題，不適于工業生產應用。

因此，現有技術還有待于改進和發展。

發明內容

本發明的目的在于提供一種薄膜太陽能電池吸收層CuInSe₂薄膜的制備方法，提供了一種操作簡單、成本低廉和節約原材料的銅銦硒薄膜制備方法。

本發明的技術方案如下：

一種薄膜太陽能電池吸收層CuInSe₂薄膜的制備方法，其中，采用離子束濺射系統的離子束濺射沉積法，在同一高真空環境下，高溫退火三元濺射疊層或三元濺射周期疊層制備所述CuInSe₂薄膜。

所述的制備方法，其中，具體包括以下步驟：

A、將純度為99.0％～100％的Cu、In和Se靶分別安裝在可旋轉的多工位旋轉架上待濺射；

B、基底材料均用有機溶劑進行超聲波清洗，然后利用輔助源濺射基底清洗；其中，所述基底材料包括光學玻璃、鈉堿玻璃、石英、硅、ITO(納米銦錫)、Al₂O₃(氧化鋁)或ZnO(氧化鋅)等

C、在沉積制備的本底真空度高于9.0×10^-4Pa的條件下，向真空室通入高純Ar氣4～10sccm，控制工作真空度高于9.0×10^-2Pa；

D、預濺射各個元素靶材除去表面雜質；

E、準確調整離子束濺射不同元素靶材的參數，以及根據不同成分要求、厚度和周期疊層數的具體要求而設置濺射靶材時間，分別濺射Cu、In和Se靶制備三元疊層或三元周期疊層薄膜；

F、通過調節基底溫控電源，使基片快速升溫至300～600℃，真空度抽至高于9.0×10^-4Pa，進行退火處理后生成CIS晶體，冷卻至室溫，然后關閉真空系統，向真空室充入高純氮氣，取出樣品。

所述的制備方法，其中，所述基底材料包括光學玻璃、鈉堿玻璃、石英、硅、ITO、氧化鋁或氧化鋅。

所述的制備方法，其中，所述步驟C中的調整離子束濺射不同元素靶材的參數包括：等離子體能量為0.5～2KeV、加速極電壓為200～300V、陽極電壓為5～20V、陰極電流為5～20A、束流為1～30mA和濺射靶材的時間。