[發明專利]一種制備CIGS薄膜的前驅層CIG的多步濺射工藝

無效

• 申請號: 201310588262.X
• 申請日: 2013-11-21
• 公開（公告）號: CN103681960A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 山東希格斯新能源有限責任公司
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;H01L31/032;C23C14/35;C23C14/24;C23C14/06;C23C14/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及到一種銅銦鎵硒薄膜太陽能電池器件CIGS吸收層的制備方法，尤其涉及CIGS薄膜的前驅層CIG的制備濺射工藝，屬于光伏薄膜濺射制備領域。

背景技術

銅銦鎵硒（CuInGaSe₂簡寫CIGS）類為代表的新一代薄膜電池，由于吸收率高、帶隙可調、轉換率高，弱光性好、性能穩定，以及抗輻射能力強等優點，而被大家認為明日之明星。并是將來取代第一代電池硅電池的必須品，因此已經成為當前國際光伏界的研究熱點。近年來，在器優良性能和巨大需求背景之下，包括美國可再生能源實驗室NREL、全球太陽能GSE、日本本田Honda、德國伍爾特Wurth?Solar等全球近50家公司機構投入巨額財力和人力進行研發與生產，在2013產能都能達到GW級別，呈現處良好的發展趨勢。

目前此電池在實驗室的最高轉換效率達到20.3%，但是在量產線上才達到14.6%，由于CIGS層制備的穩定性導致量產的CIGS良品率以及轉換效率都較低。再次加上制備In原材料成本比較高，In制備在量產線上問題重重，如nodule、打弧、工藝不穩定，導致制備成本高、浪費嚴重，良品率低，電池的轉換效率低，產量低等問題。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種制備CIGS薄膜的前驅層CIG的多步濺射工藝的方法，其采用合金靶材InCu，濺射沉積InCu層薄膜代替In層薄膜，解決了In濺射出現nodule、打弧、濺射速率低、工藝不穩定等問題，實現濺射速率高、工藝問題、沒有nodule、降低打弧現象。

為實現上述發明，本發明一種制備CIGS薄膜的前驅層CIG的多步濺射工藝的方法，采用磁控濺射設備在普通基板玻璃上，采用金屬靶材Mo濺射背電極Mo層、合金靶材CuGa和InCu濺射CIG前驅層、蒸發涂布Se，熱處理Cu、Ga、In、Se四種元素結晶得到高性能的光電薄膜CIGS。所述濺射CIG前驅層，是采用合金靶材InCu替換金屬In濺射沉積，結合CuGa靶材進行雙合金靶材共濺射方法或者交替多層濺射方法制備，從而避免In濺射出現nodlue和打火問題，導致CIG薄膜出現黑點、針孔、濺射不穩定的現象。本發明具體采用如下方案：

所述濺射背電極Mo層，制備工藝是先在玻璃基板上濺射背電極Mo層，制備工藝包含采用純金屬Mo靶材，通入惰性氣體Ar為工藝氣體，電源為直流電源，采用磁控濺射裝置在玻璃基板上，在沉積背電極層Mo；所述金屬Mo層通過磁控濺射沉積得到，沉積時基板的溫度為100-200℃。

所述濺射制備前驅層CIG層，制備工藝包含采用合金靶材CuGa和InCu，通入惰性氣體Ar為工藝氣體，電源為直流電源或者直流脈沖電源，采用磁控濺射裝置在鍍有Mo背電極的玻璃基板上，在沉積前驅層CIG層，其中沉積工藝為CuGa濺射沉積層與InCu濺射沉積層順序以及每層薄膜沉積的厚度變化多步驟多層的沉積方式。

所述多步驟多層沉積方式，其特征在于：?多步驟多層沉積方式至少是CuGa薄膜沉積與InCu薄膜沉積為交替的形式，沉積的層數為3-10層，每層薄膜的厚度不同。或者是InCu和CuGa薄膜濺射采用共濺射的方式，濺射為連續濺射共濺射、交替斷續濺射、共濺射與交替斷續濺射混合使用的方式。

所述濺射制備前驅層CIG層，其特征在于：所述濺射制備前驅層CIG層，沉積時基板的溫度小于100℃，其濺射的工作氣壓控制在0.1-0.5Pa之間。

所述蒸發涂布Se層，制備工藝包含采用純金屬Se顆粒材料，在真空蒸發裝置里面，蒸發源在蒸發腔體的下方位置部分，基板在蒸發源的上面，在真空度為1E-2Pa~1E-1Pa之間，用直流電源加熱金屬Se顆粒，使其Se蒸發變成Se蒸汽，Se蒸汽從下向上蒸發涂布與制備好前驅層CIG的基板上。

所述蒸發沉積Se層，其特征在于：蒸發沉積Se層，沉積時基板的溫度小于80℃。

所述四種元素Cu、Ga、In、Se高溫熱處理，制備工藝包含，將制備好Mo、CIG、Se層的基板，在高溫熱處理設備進行升溫處理并降溫，該溫度從常溫升至550攝氏度；經過升溫、持溫、降溫三個環節，薄膜太陽能電池的吸收層CIGS制備完成。