[發(fā)明專利]Cu(In,Al)Se2薄膜的制備工藝

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110425469.6
• 申請日: 2011-12-16
• 公開（公告）號: CN102515561A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周麗梅;武素梅;薛鈺芝
• 申請（專利權(quán)）人: 大連交通大學(xué)
• 主分類號: C03C17/22
• 分類號: C03C17/22
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責(zé)任公司 21212
• 代理人: 陳紅燕

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及薄膜材料，尤其涉及一種銅銦鋁硒Cu(In，Al)Se₂薄膜的制備工藝。?

背景技術(shù)

銅銦硒(CuInSe₂)類薄膜太陽能電池由于材料較佳的光學(xué)能隙(Eg)、高吸收率(10⁵/cm)、很強(qiáng)的抗輻射能力和長期穩(wěn)定的性能而備受人們關(guān)注，其生產(chǎn)也正趨于工業(yè)化，因而如何降低生產(chǎn)成本和提高電池的轉(zhuǎn)換效率成為研究的重點(diǎn)。?

其中，吸收層材料是影響電池光電轉(zhuǎn)化率的關(guān)鍵因素。研究發(fā)現(xiàn)，通過用Ga和Al部分替代In進(jìn)行調(diào)節(jié)，可獲得較寬的禁帶寬度和較高的太陽光譜匹配度。Al元素的摻入使CuInSe₂類太陽電池的禁帶寬度比Ga摻入的太陽電池具有更寬的范圍，所對應(yīng)的Eg變化范圍是1.0-2.7eV。因此，Cu(In，Al)Se₂薄膜同樣具有提高CuInSe₂類太陽電池的性能的作用。具有較寬Eg變化范圍的Cu(In，Al)Se₂能夠利用相同的材料，通過控制薄膜中鋁的比例，制成吸收各種不同能量的光的Cu(In，Al)Se₂薄膜，從而提高電池的吸收效率，而且還可以降低材料的成本。這里就采用Al來部分的替代In，形成Cu(In，Al)Se₂混溶晶體材料。?

目前絕大多數(shù)的CuInSe₂及Cu(In，Al)Se₂薄膜都是在襯底加熱的條件下采用真空蒸發(fā)或磁控濺射沉積CuInAl(簡稱CIA)預(yù)置層并硒化的方式制備。采用襯底加熱的方式制備膜層，對磁控濺射設(shè)備的要求比較高，需要配置專門的襯底加熱器和溫度控制系統(tǒng)，增加了設(shè)備上的投入。?

發(fā)明內(nèi)容

鑒于現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足，本發(fā)明通過工藝調(diào)整，提供了一種新的Cu(In，Al)Se₂薄膜的制備工藝。?

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：?

一種Cu(In，Al)Se₂薄膜的制備工藝，包括如下步驟：?

(1)靶材的準(zhǔn)備：分別準(zhǔn)備純Cu靶和InAl復(fù)合靶，所述InAl復(fù)合靶是通過在Al靶上鑲嵌不同面積的In塊得到的，In/Al＝5～20％；?

(2)室溫Cu-In-Al交替濺射沉積：在室溫下，采用直流磁控濺射方法將Cu、In、Al交替濺射沉積玻璃襯底上，形成CuInAl預(yù)制層，其中，交替濺射的順序?yàn)橄菴u靶后InAl靶，如此重復(fù)濺射多次，總濺射時(shí)間不小于45min；本底真空度為1.5x10^-2～2.5x10^-2Pa；Cu靶濺射功率160～300W；InAl靶濺射功率170～400W；氮?dú)饣驓鍤獾臍鈮簽?x10^-1-5x10^-1Pa；?

(3)退火處理：所述CuInAl預(yù)制層置于硒化爐中在400～600℃進(jìn)行真空退火；?

(4)硒化處理：對退火后的預(yù)制層進(jìn)行硒化處理，在Se氣氛中硒化形成黃銅礦結(jié)構(gòu)的Cu(In，Al)Se₂多晶薄膜。?

進(jìn)一步的，步驟(2)中，Cu靶濺射功率180～260W；InAl靶濺射功率230～350W。?

本發(fā)明在磁控濺射制備CuInAl預(yù)置層的過程中沒有采用襯底加熱的方式，而采用常溫濺射沉積的方式；尤其是，靶材的利用方面，采用了純Cu靶和InAl復(fù)合靶，所述InAl復(fù)合靶是通過在Al靶上鑲嵌不同面積的In塊得到的；進(jìn)而在Cu-In-Al交替濺射沉積過程中，考慮到非平衡磁場的磁力線分布狀況，Al和In具有不同的濺射速率以及靶材濺射的均勻性，通過控制濺射順序和濺射參數(shù)，改變InAl復(fù)合靶的面積來制得Cu、In、Al原子比不同的CuInAl預(yù)制層膜，其中Cu：(In+Al)＝0.5～2，Al：(In+Al)＝0.1～0.9；繼而對CuInAl預(yù)制層進(jìn)行退火和硒化處理，制備出黃銅礦結(jié)構(gòu)的Cu(In，Al)Se₂多晶薄膜。這種方法一方面在靶材的制備上節(jié)約了成本，另一方面節(jié)約購買或改裝磁控濺射設(shè)備的成本，從而使Cu(In，Al)Se₂薄膜的制備成本大大降低。?

附圖說明

圖1是CIA預(yù)制層膜退火前后的表面形貌圖(10000x)；其中，?

圖1(a)是未熱處理時(shí)的表面形貌圖；?