[發(fā)明專利]一種銅銦鎵硒薄膜太陽(yáng)能電池吸收層的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210321786.8
• 申請(qǐng)日: 2012-08-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102856433B
• 公開(kāi)（公告）日: 2016-11-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 魏愛(ài)香;劉軍;趙湘輝;招瑜;劉俊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣東工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L31/18
• 分類號(hào): H01L31/18;C23C14/35
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 林麗明

技術(shù)領(lǐng)域????

????本發(fā)明屬于半導(dǎo)體薄膜制備技術(shù)和新能源的開(kāi)發(fā)利用領(lǐng)域，具體涉及一種銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽(yáng)能電池吸收層的制備方法。

背景技術(shù)

銅銦硒(CuInSe₂,簡(jiǎn)稱CIS)或銅銦鎵硒（CuIn_xGa_1-xSe₂，簡(jiǎn)稱CIGS)薄膜太陽(yáng)能電池因其既具有高的光電轉(zhuǎn)換效率，又具有比較低的制作成本，性能穩(wěn)定，不會(huì)發(fā)生光誘導(dǎo)衰變，價(jià)格也低于傳統(tǒng)的晶體硅電池，因而成為各國(guó)太陽(yáng)能電池材料的研究熱點(diǎn)之一。

?銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽(yáng)能電池主要由玻璃襯底、鉬（Mo）背電極、銅銦鎵硒(CIGS)吸收層、緩沖層、窗口層、減反射層和鋁電極組成，其中銅銦鎵硒(CIGS)吸收層是太陽(yáng)電池中的核心材料，制備高效銅銦鎵硒(CIGS)電池的關(guān)鍵技術(shù)之一是要獲得高質(zhì)量的吸收層。銅銦鎵硒(CIGS)薄膜的制備方法多種多樣，主要的制備方法大致可以歸結(jié)為真空制備技術(shù)和非真空制備技術(shù)兩大類。真空制備工藝主要有多源共蒸發(fā)技術(shù)、濺射技術(shù)、分子束外延技術(shù)、化學(xué)氣相沉積技術(shù)等；而非真空制備技術(shù)包括電沉積、旋涂法和絲網(wǎng)印刷等方法。雖然銅銦鎵硒(CIGS)薄膜的制備方法多種多樣，但僅有多源共蒸發(fā)技術(shù)和濺射后硒化法制得高效率的銅銦鎵硒(CIGS)太陽(yáng)能電池。蒸發(fā)和濺射兩種制備方法在日本、美國(guó)、德國(guó)無(wú)論是實(shí)驗(yàn)室還是在生產(chǎn)線上都有采用。作為實(shí)驗(yàn)室里制備小面積的銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽(yáng)電池時(shí)，共蒸發(fā)法沉積的銅銦鎵硒(CIGS)薄膜質(zhì)量較好，電池效率較高，但蒸發(fā)法無(wú)法精確控制元素比例、重復(fù)性差、材料利用率不高、很難實(shí)現(xiàn)大面積均勻穩(wěn)定成膜，因而限制其在大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)中的應(yīng)用。而濺射后硒化法工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，可以在大面積玻璃襯底上濺射金屬合金層，可以精確控制各組分元素的比例、后硒化材料可以采用氣態(tài)或固態(tài)的硒源，制備的薄膜性能優(yōu)良，非常適合大面積開(kāi)發(fā)，因此濺射后硒化法被視作更理想的產(chǎn)業(yè)化路線。

對(duì)磁控濺射制備的金屬預(yù)置層銅銦鎵（CIG）硒化形成銅銦鎵硒(CIGS)吸收層。傳統(tǒng)的硒化過(guò)程采用硒化氫（H₂Se）氣體硒化，由于H₂Se氣體有劇毒,操作不安全，對(duì)環(huán)境有污染。目前較多的硒化方法是在真空或氬氣環(huán)境下利用Se蒸汽進(jìn)行硒化,即固態(tài)源硒化法。這一方式可避免使用劇毒的H₂Se氣體,?因此操作更加安全,?設(shè)備也相對(duì)簡(jiǎn)單。采用固態(tài)源硒化銅銦鎵（CIG）預(yù)制層時(shí)，由于Se的升華點(diǎn)等屬性在真空條件下和非真空條件下有著很大的不同,?因而銅銦鎵（CIG）預(yù)置層的固態(tài)源硒化方法可以在真空環(huán)境下硒化，也可以在非真空環(huán)境下硒化。?硒化法工藝中，?硒化過(guò)程各種參數(shù)的優(yōu)化一直是國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容???

本發(fā)明的目的是提供一種銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽(yáng)能電池吸收層的制備方法。

?本發(fā)明提供的銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽(yáng)能電池吸收層的制備方法包括以下步驟：

（1）采用射頻磁控濺射技術(shù)在清洗干凈的玻璃襯底上制備金屬鉬（Mo）背電極。

（2）采用射頻磁控濺射技術(shù)，以銅銦（CuIn）合金靶和銅鎵（CuGa）合金靶為濺射靶材，以氬氣（Ａr）作為濺射氣體，采用雙靶交替濺射的方式，制備成Mo/CuGa/CuIn/CuGa/CuIn/……CuGa/CuIn/CuGa多層結(jié)構(gòu)的銅銦鎵（CIG）金屬預(yù)制層。

（3）以固態(tài)硒粉(Se)為硒源，采用“三步升溫硒化方式”，對(duì)銅銦鎵（CIG）預(yù)制膜進(jìn)行硒化制備銅銦鎵硒(CIGS)吸收層。

（4）硒化工藝完成后的樣品，采用掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線電子能量色散譜，X射線衍射（XRD）儀，霍爾效應(yīng)儀等表征所制備的CIGS薄膜的表面形貌、元素組成、物相結(jié)構(gòu)和電阻率、載流子濃度、電子遷移率等物理量。

上述步驟（1）中采用射頻磁控濺射技術(shù)制備Mo背電極的的工藝條件是：背底真空度1×10^-3Pa?,濺射功率為150W。以99.99%的高純Mo為濺射靶材，以氬氣(Ar)為濺射氣體,?首先在靠近玻璃襯底時(shí)采用濺射氣壓2Pa的條件下下，濺射10min,使生長(zhǎng)的Mo薄膜與襯底有良好的附著力，然后把濺射氣壓調(diào)整為0.3Pa,?濺射30min，使所制備的Mo薄膜具有較高的電導(dǎo)率，形成符合太陽(yáng)能電池器件質(zhì)量要求的Mo導(dǎo)電層。