[發(fā)明專利]一種銅銦鎵硒薄膜的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310162903.5
• 申請日: 2013-05-06
• 公開（公告）號(hào): CN103280486A
• 公開（公告）日: 2013-09-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐東;徐永清;葉帥
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳市亞太興實(shí)業(yè)有限公司
• 主分類號(hào): H01L31/18
• 分類號(hào): H01L31/18
• 代理公司: 深圳鼎合誠知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44281
• 代理人: 彭家恩;彭愿潔

技術(shù)領(lǐng)域

本申請涉及光伏薄膜材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種銅銦鎵硒（CuIn_1-xGa_xSe₂，簡稱CIGS）薄膜的制備方法。

背景技術(shù)

隨著能源危機(jī)的日益嚴(yán)重，可再生能源的利用越來越備受關(guān)注。其中，太陽能因其取之不盡、且清潔無污染而成為最具潛力的新型能源。光伏材料的發(fā)展是決定太陽能技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵因素。

在過去的幾十年里，以CIGS薄膜為代表的太陽能技術(shù)由于效率高、無衰退、抗輻射、壽命長、成本低廉等特點(diǎn)，備受光伏研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)的重視和產(chǎn)業(yè)化推廣，其光電轉(zhuǎn)化效率為所有已知薄膜太陽能電池中最高的。目前，美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室在玻璃襯底上利用共蒸發(fā)三步工藝制備出最高效率達(dá)19.9％的電池。此外，CIGS小面積電池效率也創(chuàng)造了新的記錄，達(dá)到了20.1％，與當(dāng)前的主流產(chǎn)品多晶硅薄膜電池的效率相差無幾。

目前用于CIGS薄膜電池的制備方法主要集中于共蒸發(fā)法和濺射后硒化法等真空方法。雖然采用真空方法制備的CIGS薄膜的性能和重復(fù)性都很高，但是，真空方法需要使用昂貴的真空設(shè)備，造就了高昂的成本，不利于CIGS薄膜電池的市場化，且該方法由于受到真空腔空間的限制，不適合于CIGS薄膜電池的連續(xù)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。此外，真空方法制備CIGS薄膜的成核溫度較高，不適合在柔性基板特別是聚合物基板上進(jìn)行CIGS薄膜電池的制備。相對而言，非真空法在開放的環(huán)境中進(jìn)行，具有設(shè)備和工藝要求簡單、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，還可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)式的卷對卷（roll-to-roll）制程生產(chǎn)，是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)CIGS薄膜的一種較佳方法。

發(fā)明內(nèi)容

本申請?zhí)峁┮环N銅銦鎵硒薄膜的制備方法。

根據(jù)本申請的一個(gè)方面，本申請?zhí)峁┮环N銅銦鎵硒薄膜的制備方法，包括：

配制步驟：配制銅銦鎵硒前驅(qū)溶膠；

涂覆步驟：非真空條件下，將所述銅銦鎵硒前驅(qū)溶膠涂覆到襯底上，得到銅銦鎵硒前驅(qū)薄膜；

生成步驟：對所述涂覆步驟最終得到的銅銦鎵硒前驅(qū)薄膜進(jìn)行熱處理，冷卻后即制成銅銦鎵硒薄膜。

一種實(shí)施例中，所述配制步驟包括：將CuSe納米顆粒和(In_1-xGa_x)₂Se₃納米顆粒分別均勻分散在分散劑中，得到銅銦鎵硒前驅(qū)溶膠。

一種實(shí)施例中，所述銅銦鎵硒前驅(qū)溶膠中Cu離子濃度控制在0.2摩爾/升～1摩爾/升；所述分散劑選自甲醇、乙醇、環(huán)己烷、甲苯、二甲苯和己硫醇中的任一種；所述CuSe納米顆粒和(In_1-xGa_x)₂Se₃納米顆粒的粒徑小于等于50納米。

一種實(shí)施例中，所述涂覆步驟中，根據(jù)需要制備的薄膜的厚度，將所述銅銦鎵硒前驅(qū)溶膠涂覆到襯底上，執(zhí)行所述涂覆至少一次，每進(jìn)行一次涂覆后，對涂覆得到的銅銦鎵硒前驅(qū)薄膜進(jìn)行烘干。

其中，所述涂覆步驟中使用旋轉(zhuǎn)涂膜法進(jìn)行涂覆，其中，旋涂機(jī)的轉(zhuǎn)速控制在500轉(zhuǎn)/分鐘～5000轉(zhuǎn)/分鐘，涂膜時(shí)間為1分鐘～5分鐘；或者，所述涂覆步驟中使用浸漬提拉法進(jìn)行涂覆，其中，提拉機(jī)的速率控制在0.1厘米/分鐘～10厘米/分鐘，浸泡時(shí)間控制在1分鐘～5分鐘；所述烘干的溫度控制在200℃～400℃。

一種實(shí)施例中，所述生成步驟具體包括：

燒結(jié)子步驟，將所述涂覆步驟最終得到的銅銦鎵硒前驅(qū)薄膜放到氣氛退火爐中，將所述氣氛退火爐以預(yù)定升溫速率升溫到預(yù)定最高溫度，并在所述預(yù)定最高溫度下保溫預(yù)定時(shí)間；

冷卻子步驟，將熱處理后的銅銦鎵硒前驅(qū)薄膜隨爐冷卻到室溫，即制成銅銦鎵硒薄膜。

其中，所述預(yù)定升溫速率為10℃/s～100℃/s，所述預(yù)定最高溫度為350℃～650℃，所述預(yù)定時(shí)間為0.5小時(shí)～5小時(shí)。

其中，在將所述涂覆步驟最終得到的銅銦鎵硒前驅(qū)薄膜放到氣氛退火爐后，通入惰性氣氛。

其中，所述燒結(jié)子步驟中，在所述氣氛退火爐升溫到200℃～400℃時(shí)，通入的含硒氣氛，所述冷卻子步驟中，當(dāng)溫度降至300℃～200℃時(shí)，停止含硒氣氛的通入。

其中，所述含硒氣氛為硒蒸氣或H₂Se氣體，其流量為0.1L/min～4L/min。

本申請的有益效果是：由于是采用非真空工藝進(jìn)行薄膜的制備，相對于采用真空制備的方法，工藝和所需設(shè)備簡單，容易實(shí)現(xiàn)大面積均勻性與連續(xù)化生產(chǎn)。