[發明專利]磁控濺射法制備銅銦鎵硒薄膜太陽電池光吸收層的方法

有效

• 申請號: 201010118300.1
• 申請日: 2010-03-05
• 公開（公告）號: CN101768729A
• 公開（公告）日: 2010-07-07
• 發明（設計）人: 黃富強;王耀明;朱小龍;李愛民;張雷
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/54;H01L31/18
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技術領域

本發明涉及銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽電池光吸收層的制備方法，更確 切地說采用磁控濺射法制備CIGS前驅薄膜，然后進行熱處理制成太陽電池光 吸收層，屬于光伏材料新能源技術領域。

背景技術

銅銦鎵硒(Cu(In，Ga)Se₂，簡稱CIGS)薄膜太陽電池是新一代最有前途 的太陽電池，它具有成本低、效率高、壽命長、弱光性能好、抗輻射能力 強、可柔性且環境友好等多方面的優點。自20世紀90年代以來，CIGS在所 有薄膜太陽電池中，就一直是實驗室轉換效率最高的薄膜太陽電池。2008年 4月，美國可再生能源實驗室(NREL)又將其實驗室最高轉換效率刷新為 19.9％(Ingrid?Repins，Miguel?A.Contreras，Brian?Egaas，Clay?DeHart，John Scharf，Craig?L.Perkins，Bobby?To?and?Rommel?Noufi，Progress?in?Photovoltaics： Research?and?Applications，16(3)，235-239，2008)，與多晶硅的實驗室最高轉 換效率20.3％已非常接近，發展前景巨大。

CIGS光吸收層的制備是CIGS薄膜太陽電池的核心工藝。目前產業界制 備CIGS光吸收層的主要工藝包括蒸發法、磁控濺射Cu-In-Ga預制膜后硒化 法和蒸發-濺射雜化法等。但這些方法都不可避免地在薄膜的制備過程中會出 現易揮發的中間相(如In₂Se、In₄Se₃、InSe和In₆Se₇等)，使薄膜最終的實際 成分與名義成分差別很大；而且由于易揮發中間相的生成和揮發速度與溫度、 氣壓、揮發性物質的分壓和表面氣流狀態等因素都密切相關，大面積溫場中 不可控因素(分壓、氣流狀態等)的漲落，會導致大面積薄膜成分出現不可 控的變化，從而導致薄膜的均勻性和重復性都難以控制，電池的生產良率無 法得到保證，嚴重制約了產業化生產的大規模擴張。

發明內容

本發明的目的在于提供CIGS薄膜太陽電池光吸收層的一種制備方法，采 用所述的方法可以提高大面積CIGS薄膜制備工藝的穩定性和成分的均勻性， 提高CIGS薄膜太陽電池的光電轉換效率和電池生產良率。本發明所提供的方 法具有工藝可控性強，制備的薄膜質量高、均勻性好，工藝簡單，適合工業 化生產的特點。

因為，In₂Se、In₄Se₃、InSe和In₆Se₇等物質在300℃以上都具有很高的蒸 汽壓，在300℃以上這些物質都具有很強的揮發性，而已報道的CIGS薄膜的 制備溫度往往在500℃以上(Marianna?Kemell，Mikko?Ritala，and?Markku?Leskel， Critical?Reviews?in?Solid?State?and?Materials?Sciences，30：1-31，2005)。若在 CIGS薄膜的制備過程中生成這些高揮發性的中間物質，往往會導致CIGS薄 膜的最終成分難以控制。

本發明通過磁控濺射法，采用富銅靶和富銦靶在室溫下制備出CIGS前驅 薄膜，這一方面避免了高溫襯底導致的銦硒化合物的揮發問題；另一方面， 在CIGS前驅薄膜中，富銦相和富銅相緊密結合，處于原位復合的狀態，在熱 處理反應時，物質輸運路徑非常短，反應速度非常快，快速生成蒸汽壓非常 低的銅銦鎵硒多元化合物，有效地避免了元素的揮發。

實現本發明所提供的CIGS薄膜太陽電池光吸收層制備方法的一種方案 (a)為：

CIGS薄膜太陽電池光吸收層的一種制備方法，其特征在于：采用包括射 頻濺射和直流濺射的磁控濺射法制備具有高反應活性的CIGS前驅薄膜，并進 行熱處理以快速反應，制備CIGS薄膜。具體包括以下工藝步驟：

(1)制備CIGS前驅薄膜：在底電極(101)上通過磁控濺射法，采用單 靶濺射、富銅靶和貧銅靶同時濺射，制備出CIGS前驅薄膜(200)；