[發明專利]太陽能電池光吸收層制備方法

有效

• 申請號: 201310302652.6
• 申請日: 2013-07-17
• 公開（公告）號: CN103361600A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發明（設計）人: 郭延璐;肖旭東;楊春雷;顧光一;馮葉;程冠銘;鮑浪;于冰;徐苗苗
• 申請（專利權）人: 深圳先進技術研究院;香港中文大學
• 主分類號: C23C14/04
• 分類號: C23C14/04;C23C14/02;C23C14/35;H01L31/18
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 吳平

技術領域

本發明涉及光伏技術，特別是涉及一種太陽能電池光吸收層制備方法。

背景技術

銅銦鎵硒CuIn_xGa_1-xSe₂(CIGS)薄膜太陽能電池具有轉換效率高、成本低、穩定性好等特點，是最有發展前景的薄膜太陽能電池之一。其中，銅銦鎵硒薄膜常用作薄膜太陽能電池中的光吸收層。到目前為止，瑞士EMPA研究所的研究表明，基于三步共蒸發工藝制備的銅銦鎵硒薄膜太陽能電池的光電轉換效率已達20.4%，是目前銅銦鎵硒薄膜太陽能電池的最高轉化效率紀錄。

近年來，通過濺射銅銦鎵二硒(CuInGaSe₂)四元合金靶制備銅銦鎵硒薄膜的方法得到了快速發展，這種方法克服了傳統濺射后硒化的復雜繁瑣過程，使得整個工藝變得簡單可控、大面均勻性、重復性好，有希望降低光伏電池的成本。

在傳統的制備太陽能電池光吸收層的過程中，其一般是在高溫下直接把銅銦鎵硒沉積在襯底上，在最終制備所得的光吸收層中，在襯底與光吸收層的界面上鎵含量較高，鎵的富集會在界面處生成銅鎵硒三元相，制備的薄膜晶粒偏小，影響結晶質量，晶粒較小時會有較多的晶界存在，引起薄膜缺陷增多，對載流子的遷移率有不利影響。

發明內容

基于此，有必要提供一種結晶質量較好的太陽能電池光吸收層制備方法。

一種太陽能電池光吸收層制備方法，包括以下步驟：

通過磁控濺射法，在襯底上沉積形成銅銦硒薄膜；

對所述銅銦硒薄膜進行高溫退火，使所述銅銦硒薄膜結晶，以在所述襯底上形成銅銦硒過渡層；及

通過磁控濺射法，采用銅銦鎵二硒四元合金靶材，在所述銅銦硒過渡層上沉積形成銅銦鎵硒薄膜，制得太陽能電池光吸收層。

在其中一個實施例中，所述通過磁控濺射法，在襯底上沉積形成銅銦硒薄膜的步驟具體為：通過采用銅銦二硒三元合金靶材的磁控濺射，在所述襯底上沉積形成銅銦硒薄膜。

在其中一個實施例中，所述銅銦硒過渡層的厚度為50～100nm。

在其中一個實施例中，采用所述銅銦鎵二硒四元合金靶材，在所述銅銦硒過渡層上沉積形成的銅銦鎵硒薄膜的厚度為1.5μm。

在其中一個實施例中，通過對各靶材上方擋板的開啟或閉合來控制對所述各靶材磁控濺射的開始或停止。

在其中一個實施例中，所述通過磁控濺射法，在襯底上沉積形成銅銦硒薄膜的步驟之前還包括：

關閉所述各靶材及樣品架上方的擋板，通過磁控濺射法對所述各靶材進行預濺射，持續5分鐘。

在其中一個實施例中，所述通過磁控濺射法，在襯底上沉積形成銅銦硒薄膜的步驟中，所述磁控濺射的持續時間為6～10分鐘。

在其中一個實施例中，所述對所述銅銦硒薄膜進行高溫退火，使所述銅銦硒薄膜結晶的步驟具體為：對所述已沉積有銅銦硒薄膜的襯底進行加熱，在3分鐘內逐步升溫至500℃，并在500℃上維持3～5分鐘。

在其中一個實施例中，所述通過磁控濺射法采用銅銦鎵二硒四元合金靶材，在所述銅銦硒過渡層上沉積形成銅銦鎵硒薄膜，制得太陽能電池光吸收層的步驟具體包括以下步驟：

將形成所述銅銦硒過渡層的所述襯底加熱至500～600℃；

通過采用所述銅銦鎵二硒四元合金靶材的磁控濺射，在所述銅銦硒過渡層上沉積形成銅銦鎵硒薄膜；及

停止加熱，自然冷卻至室溫，制得太陽能電池光吸收層。

在其中一個實施例中，所述通過磁控濺射法，采用銅銦鎵二硒四元合金靶材，在所述銅銦硒過渡層上沉積形成銅銦鎵硒薄膜，制得太陽能電池光吸收層的步驟具體包括以下步驟：

常溫下，通過磁控濺射法，采用所述銅銦鎵二硒四元合金靶材，在所述銅銦硒過渡層上沉積形成銅銦鎵硒薄膜；

將所述銅銦鎵硒薄膜的溫度升至500～600℃，以進行高溫退火，使所述銅銦鎵硒薄膜結晶；及

停止加熱，自然冷卻至室溫，制得太陽能電池光吸收層。

在上述太陽能電池光吸收層制備方法中，通過現在襯底上通過磁控濺射法形成結晶質量較好的銅銦硒過渡層，再在銅銦硒過渡層的基礎上形成由銅銦鎵硒材料制成的太陽能電池光吸收層，太陽能電池光吸收層為在銅銦硒過渡層的基礎上再經同質外延生長所得，有助于高質量銅銦鎵硒晶粒的形成，從而使得太陽能電池光吸收層的結晶質量較好的，提高了太陽能電池光吸收層的質量。

附圖說明

圖1為本發明較佳實施例中的太陽能電池光吸收層制備方法的流程圖；