[發(fā)明專利]一種柔性不銹鋼襯底上CIGS吸收層制備方法

無效

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• 申請日: 2012-02-17
• 公開（公告）號: CN103258899A
• 公開（公告）日: 2013-08-21
• 發(fā)明（設計）人: 馬格林;張建柱;孫玉娣;彭博
• 申請（專利權）人: 任丘市永基光電太陽能有限公司
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;C23C14/16;C23C14/34;C23C14/35;C23C14/24;C23C14/06
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一、技術領域

本發(fā)明專利涉及光伏器件CIGS薄膜太陽電池的制備工藝，尤其涉及柔性不銹鋼襯底上吸收層CIGS的沉積和處理方法。?

二、背景技術

對薄膜太陽電池組件來說，迄今為止，用Cu(InGa)Se₂(CIGS)薄膜做吸收層的太陽電池具有最高的光電轉換效率20.3％。輕質的柔性CIGS薄膜太陽電池組件不僅拓寬了太陽電池在地面應用的范圍，同時由于其便于使用卷對卷工藝，而使其發(fā)電成本降低。作為CIGS薄膜太陽電池的關鍵部件，CIGS的沉積處理工藝對其光電特性和太陽電池的光電轉換效率有著至關重要的影響。?

Mo/CIGS背接觸靠近CIGS最大吸收區(qū)，背接觸特性嚴重退化，可導致吸收效率降低。降低背接觸影響的第一個方法為使用粘附層，增加CIGS在Mo的附著性，降低背接觸電阻，增加空穴載流子的收集效率；第二個方法為使用帶隙梯度，使靠近吸收層背面的Ga含量最大，靠近吸收層表面的Ga含量最小。通過增加吸收層的晶粒尺寸和晶粒排列有序度增加載流子遷移率，可降低載流子復合。此外減小CIGS表面粗糙度，不但可降低載流子表面復合，還可改善CIGS/CdS界面的電學特性。當前通過典型的三步法和高溫Se化法沉積的CIGS吸收層并不能保證形成Ga分布的“后偏析”，大的柱狀晶粒，Mo/CIGS界面良好的歐姆特性，吸收層表面呈鏡面狀和良好的CIGS/CdS界面特性。?

高轉換率黃銅礦CIGS薄膜太陽電池要求CIGS吸收層中摻入0.1％的Na。Na改進CIGS膜的生長機理，同時摻入CIGS晶格中形成NaInSe₂，在晶粒邊界處，使施主型缺陷In_Cu鈍化成Na_Cn。此外，由于Na擴散伴隨著O擴散，Na擴散到施主型的V_Sc處，易形成中性的O_Sc，從而使凈受主缺陷增多，P型導電性增強，光生載流子復合減少，光生電流增強。柔性太陽電池優(yōu)先選擇的襯底是金屬(如不銹鋼)和聚酰亞胺箔，其中不含有對CIGS薄膜有重要影響的Na，因此為了優(yōu)化無Na襯底上太陽電池的性能，需要在CIGS層的最佳部位，加入的最佳量的Na。由于Na可阻止Cu、In、Ga的擴散而使Mo層的生長發(fā)生改變。當前文獻中常見的幾種Na預制層的沉積部位和時機，使得摻入的Na參與了CIGS膜層生長，這使得當Na的摻入量較大時，容易生成晶粒較小，取向度較差的CIGS膜層，同時占據(jù)Cu晶格位的Na原子增多，而使Mo層的P型導電性減弱，晶粒邊界處光生載流子復合增強，光生載流子減小，致使太陽電池的光電轉換率不高。?

發(fā)明內(nèi)容

鑒于當前CIGS吸收層沉積中存在的問題，和無鈉的柔性不銹鋼襯底上CIGS吸收層Na摻雜所存在的問題，在此我們提出了以下的柔性不銹鋼襯底上沉積和處理CIGS吸收層的方法，其具體方法如下：在Mo與CIGS間形成CuGaSe₂，在沉積(In_1-xGa_x)₃Se₅預制層時采用高的[Ga]/[In+Ga]比，采用590℃和高的[Cu]/[In+Ga]比形成富銅的滿足化學計量比的Cu(InGa)Se₂和二次相Cu_xSe，最后通過Br₂水溶液刻蝕Cu(InGa)Se₂表面二次相Cu_xSe和在其上沉積貧銅富銦的InSe₃膜層。在低溫下蒸發(fā)沉積Na預置層，再在較高溫度下對樣品進行快速退火，使其擴散到晶粒表面和邊界處，這為制備高光電轉換效率的CIGS太陽電池提供了可能。?

優(yōu)選的，在甲苯、丙酮、異丙醇和去離子水超聲清洗的不銹鋼襯底上，在Ar氣氛下，直流濺射沉積30nm的Ti膜層。在Ti膜表面，在Ar氣氛下直流濺射沉積Mo背接觸層。?

優(yōu)選的，在380℃的Mo層表面共蒸發(fā)沉積Cu、Ga、Se，使其形成厚0.2μm、[Cu]/[Ga]＝1.55的CuGaSe₂膜層。蒸發(fā)沉積期間，Cu源的蒸發(fā)溫度固定在1070℃，Se源的蒸發(fā)溫度固定在185℃，Ga源的蒸發(fā)溫度固定在890℃。以增強CIGS層在涂敷Mo的鈉鈣玻璃沉底上的附著性，減小背接觸電阻，增強Mo的歐姆接觸特性，同時有利于生長貫穿整個膜層厚度的，垂直于膜層表面排列的柱狀晶粒。?