[發(fā)明專利]一種用于光伏發(fā)電系統(tǒng)的光伏電池的銅銦鋅硒薄膜的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310489974.6
• 申請(qǐng)日: 2013-10-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103668361A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 裴玉杰;董軍;徐建國(guó);張大霖;劉玉民;李穎
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 國(guó)家電網(wǎng)公司;國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司撫順供電公司
• 主分類號(hào): C25D3/56
• 分類號(hào): C25D3/56;C25D5/48;C25D5/50;H01L31/18
• 代理公司: 遼寧沈陽(yáng)國(guó)興專利代理有限公司 21100
• 代理人: 姜婷婷;李叢

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體薄膜的制備中光伏新能源技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于光伏發(fā)電系統(tǒng)的光伏電池的銅銦鋅硒薄膜的制備方法。?

背景技術(shù)

光伏發(fā)電系統(tǒng)是一種直接將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其光電轉(zhuǎn)換的理論基礎(chǔ)是半導(dǎo)體PN結(jié)或半導(dǎo)體-金屬界面附近的光生伏特效應(yīng)，因此太陽(yáng)能電池又被稱為光生伏特電池，簡(jiǎn)稱光伏電池或者光電池。光伏電池發(fā)展至今，主要可以分為三大類，一是以單晶硅和多晶硅硅片為基礎(chǔ)的晶體硅太陽(yáng)能電池；二是硅基薄膜（非晶、多晶、微晶等）、銅銦硒和碲化鎘薄膜太陽(yáng)能電池、染料敏化和其它有機(jī)太陽(yáng)能電池；三是仍處于研究階段的量子阱、多能帶、熱載流子等新型太陽(yáng)能電池。目前晶體硅太陽(yáng)能電池占主導(dǎo)地位，市場(chǎng)占有率在90%左右，而薄膜太陽(yáng)能電池市場(chǎng)占有率只有10%左右。薄膜太陽(yáng)能電池的核心部分是光吸收層和另一半導(dǎo)體層組成的半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)，由吸光層、窗口層和背電極層等薄膜有機(jī)地組合在一起，襯底是低成本的玻璃或柔性材料。由于光吸收層是直接帶隙半導(dǎo)體，所以光吸收系數(shù)高，幾微米厚就可以吸收絕大部分太陽(yáng)光，因此器件總厚度可小于10微米。其優(yōu)點(diǎn)還在于大面積太陽(yáng)能電池模塊能夠整體做成，不需組裝。由于需要的材料少，與硅電池相比，生產(chǎn)成本有很大的降低空間。?

我國(guó)的薄膜太陽(yáng)能電池始于80年代，其中銅銦（鎵）硒CI(G)S太陽(yáng)能電池由于轉(zhuǎn)化效率是薄膜太陽(yáng)能電池中最高的，而且有帶隙可調(diào)、抗輻射性能好，生產(chǎn)過(guò)程環(huán)保，對(duì)元素含量偏離化學(xué)計(jì)量比容忍度高等優(yōu)點(diǎn)，因而近年來(lái)在銅銦（鎵）硒太陽(yáng)能電池的良好性能及廣闊應(yīng)用前景下，許多科研機(jī)構(gòu)以及公司開(kāi)始進(jìn)行CIGS太陽(yáng)能電池的研究與生產(chǎn)。如廣西地凱股份有限公司與清華大學(xué)合作研發(fā)CIGS太陽(yáng)能電池。山東威海藍(lán)星公司從美國(guó)TETTA?SOLAR公司引進(jìn)了兩條轉(zhuǎn)化率大于8%的太陽(yáng)能電池生產(chǎn)線。安泰公司也于德國(guó)公司簽約，共同開(kāi)發(fā)電沉積制備銅銦硒太陽(yáng)能電池的技術(shù)，山東日孚股份有限公司引進(jìn)了德國(guó)的JOHANNA?SOLAR?的CIGSSe薄膜太陽(yáng)能電池技術(shù)，建成了大規(guī)模電池生產(chǎn)基地。?

銅銦（鎵）硒材料是一種黃銅礦結(jié)構(gòu)的直接帶隙半導(dǎo)體，室溫下能隙為1.04eV，由于其具有高的光電轉(zhuǎn)換效率(18％)和光吸收系數(shù)(α＞10^-5cm^-1)，抗輻射能力強(qiáng)，是目前所知的吸收性能最好的光伏半導(dǎo)體材料之一。隨著太陽(yáng)能電池行業(yè)的發(fā)展，銅銦硒(CuInSe₂)的研究也受到越來(lái)越多地關(guān)注，被認(rèn)為是薄膜太陽(yáng)能電池的重要組成部分，目前國(guó)內(nèi)外已經(jīng)將其用到太陽(yáng)能電池以及一些光敏元件等方面。?

發(fā)明內(nèi)容

光伏電池薄膜的制備方法多種多樣，如化學(xué)氣相沉積、連續(xù)離子層吸附反應(yīng)法(SILAR)、電化學(xué)沉積等方法。在這些方法中，磁控濺射技術(shù)比較成熟，但是由于設(shè)備條件原因，使該方法在制備大面積CuInSe₂薄膜方面受到了限制，并且成本較高。化學(xué)氣相沉積、SILAR法制備CuInSe₂薄膜已有文獻(xiàn)報(bào)道，但在大面積制備以及薄膜質(zhì)量控制等方面均有待改進(jìn)。電化學(xué)沉積法則采用電沉積和硒(硫)化退火的方法在鍍鉬電極的基片上制備出高質(zhì)量的CIGS多晶薄膜。但是上述方法中均存在不同程度的設(shè)備復(fù)雜，操作繁瑣，且生產(chǎn)成本高，不利于大規(guī)模生產(chǎn)，同時(shí)不滿足環(huán)保要求。?

本發(fā)明的目的是提供一種用于光伏電池的銅銦鋅硒薄膜的制備方法，不但可以低成本制備銅銦鋅硒薄膜，而且操作簡(jiǎn)易，有利于大面積生產(chǎn)和環(huán)保要求及光伏能源的開(kāi)發(fā)利用。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種用于光伏電池的銅銦鋅硒薄膜的制備方法，銅銦硒薄膜的各組分含量為Cu?20.55-20.59%，In?25.54-25.60%，Zn?15.62-15.68%，Se?38.10-38.19%，上述各組分之和為100%；?

其制備方法如下：

1）電沉積溶液的配制：電沉積溶液在常溫下用去離子水配制，調(diào)整pH值為2.5-3.0；

2）薄膜的電沉積：電沉積采用恒電位-1.0V，溶液溫度25℃，沉積時(shí)間30min，電沉積時(shí)溶液無(wú)需攪拌，室溫操作；

3）薄膜的硒化處理：將薄膜和裝有3g固體硒的鉬制盒放入硒化爐，以10-15℃/min的速率升溫至450℃，硒化時(shí)間為1h，之后隨爐冷卻；

4）薄膜的熱處理：先在350℃恒溫下熱處理10min，之后以15-20℃/min的速率升溫至550℃，保溫50min，最終制得銅銦鋅硒薄膜。