[發明專利]一種基于復合襯底的銅銦鎵硒薄膜及其制備方法

無效

• 申請號: 201310240968.7
• 申請日: 2013-06-18
• 公開（公告）號: CN103311329A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發明（設計）人: 薛玉明;張嘉偉;喬在祥;趙彥民;李微;許楠;潘宏剛;宋殿友;李鵬海;劉君;朱亞東;尹富紅;劉浩;馮少君
• 申請（專利權）人: 天津理工大學
• 主分類號: H01L31/0352
• 分類號: H01L31/0352;H01L31/02;H01L31/18
• 代理公司: 天津佳盟知識產權代理有限公司 12002
• 代理人: 侯力

技術領域

?本發明涉及薄膜太陽電池技術領域，特別是一種基于復合襯底的銅銦鎵硒薄膜及其制備方法。

背景技術

銅銦鎵硒材料（CIGS）屬于Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族四元化合物半導體，具有黃銅礦的晶體結構。銅銦鎵硒薄膜太能電池自20世紀70年代出現以來，得到非常迅速的發展，并將逐步實現產業化。此電池有以下特點：1）銅銦鎵硒的禁帶寬度可以在1.04eV-1.67eV范圍內調整；2）銅銦鎵硒是一種直接帶隙半導體，對可見光的吸收系數高達10⁵cm^-1，銅銦鎵硒吸收層厚度只需1.5-2.5μm，整個電池的厚度為3-4μm；3）抗輻照能力強，比較適合作為空間電源；4）轉換效率高，2010年德國太陽能和氫能研究中心（ZSW）研制的小面積銅銦鎵硒太陽電池轉換效率已高達20.3%；5）弱光特性好。因此銅銦鎵硒多晶薄膜太陽電池有望成為下一代太陽電池的主流產品之一。

航空航天領域需要太陽電池有較高的質量比功率，即希望單位質量的太陽電池能發出更多的電量。對于地面光伏建筑物的曲面造型和移動式的光伏電站等要求太陽電池具有柔性、可折疊性和不怕摔碰，這就促進了柔性太陽電池的發展。由于相對較強的耐高溫能力和較為適合的膨脹系數，聚酰亞胺（PI）在其中脫穎而出。

然而聚酰亞胺的熱膨脹系數還是無法與銅銦鎵硒材料本身很好的匹配。在溫度較高時，聚酰亞胺會產生較大的形變，導致銅銦鎵硒薄膜較為疏松，容易脫落。所以，目前基于聚酰亞胺襯底的銅銦鎵硒制備時襯底溫度較低。從而導致生長出的薄膜附著性較差、結晶質量較差、晶粒細小、缺陷較多，增加了載流子的復合，縮短了少子的壽命，進而影響了電池性能。

發明內容

本發明的目的是針對上述存在問題，提供了一種基于復合襯底的銅銦鎵硒薄膜及其制備方法，該銅銦鎵硒薄膜為基于聚酰亞胺膜-蘇打玻璃復合襯底的銅銦鎵硒薄膜，其以鋼性襯底制備柔性電池，制備的銅銦鎵硒薄膜附著性優秀、結晶質量好、晶粒大、缺陷少。

本發明的技術方案：

一種基于復合襯底的銅銦鎵硒薄膜，該銅銦鎵硒薄膜為基于聚酰亞胺膜-蘇打玻璃復合襯底的銅銦鎵硒薄膜，由玻璃、聚酰亞胺和銅銦鎵硒吸收層薄膜組成并形成疊層結構，其中襯底由蘇打玻璃及生長于其表面的聚酰亞胺膜構成，蘇打玻璃的厚度為1.5-2mm，聚酰亞胺膜厚度為25-30μm；銅銦鎵硒吸收層薄膜的化學分子式為CuIn_1-xGa_xSe₂，式中x為0.25-0.35，導電類型為p型，薄膜厚度為1.5-2μm。

一種所述基于復合襯底的銅銦鎵硒薄膜的制備方法，首先將聚酰亞胺膠涂于蘇打玻璃表面，固化成聚酰亞胺膜-蘇打玻璃復合襯底，然后在其表面制備銅銦鎵硒薄膜。

所述聚酰亞胺膜-蘇打玻璃復合襯底的制備方法，步驟如下：

1）對蘇打玻璃進行表面清洗，清洗方法是：

首先將10cm×10cm的蘇打玻璃放入重鉻酸鉀溶液中浸泡2h，重鉻酸鉀溶液由300克重鉻酸鉀、3升濃硫酸和300毫升去離子水配置而成，將蘇打玻璃取出用去離子水沖洗后置于濃度為99.5w%的丙酮溶液中，放入超聲波清洗機中清洗，超聲波頻率為20-30kHz，時間為20-25min，然后將蘇打玻璃從丙酮溶液中取出，用去離子水沖洗后置于濃度為99.7w%的酒精中，放入超聲波清洗機中清洗超聲波頻率為20-30kHz，時間為20-25min，最后將蘇打玻璃從酒精中取出，放入盛有去離子水的燒杯中，放入超聲波清洗機中清洗3遍，超聲波頻率為20-30kHz，時間為20-25min；

2）將聚酰亞胺膠涂覆于蘇打玻璃表面，采用勻膠工藝進行勻膠，工藝參數為：轉速為1300-1500r/min，時間為35-45s；

3）將勻膠后的樣品放入烘箱內進行固化，即可得到聚酰亞胺膜-蘇打玻璃復合襯底，所述固化工藝的升溫保溫程序為：烘箱溫度升溫至125-135℃，升溫時間為10-15min，并在125-135℃下維持25-30min；將烘箱溫度升溫至150-160℃，升溫時間為5-10min，并在150-160℃下維持10-15min；將烘箱溫度升溫至200-210℃，升溫時間為5-10min，并在200-210℃下維持15-20min；將烘箱溫度升溫至250-260℃，升溫時間為5-10min，并在250-260℃下維持15-20min；將烘箱溫度升溫至340-350℃，升溫時間為5-10min，并在340-350℃下維持10-15min，然后緩慢降溫至18-25℃，即可得到聚酰亞胺膜-蘇打玻璃復合襯底。