[發明專利]薄膜太陽能電池CIGS吸收層的硒化方法

無效

• 申請號: 201310620779.2
• 申請日: 2013-11-29
• 公開（公告）號: CN103606598A
• 公開（公告）日: 2014-02-26
• 發明（設計）人: 伍祥武;陳進中;吳伯增;林東東;甘振英
• 申請（專利權）人: 柳州百韌特先進材料有限公司
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18
• 代理公司: 廣州凱東知識產權代理有限公司 44259
• 代理人: 姚迎新

技術領域

本發明涉及CIGS太陽能電池的吸收層，具體說是CIGS吸收層的硒化方法。

背景技術

CIGS?薄膜太陽電池因其具有高轉換效率、無光致衰退、抗輻射性能好、低成本、適合卷對卷工藝大規模生產等優點，被認為是最具有發展潛力的薄膜太陽電池。該電池典型結構由襯底、Mo?層金屬背電極、CIGS?層吸收層、CdS?緩沖層、窗口層高阻i:ZnO、低阻ZnO:Al、MgF2?減反射膜以及Ni-Al?柵電極構成。其中CIGS?吸收層的制備是CIGS?太陽電池的核心技術。而多元共蒸發法是目前制備CIGS?吸收層工藝中被使用最廣泛和最成功的方法。多元共蒸發法制備CIGS?層，由銅、銦、鎵、硒四種元素以Se?蒸汽形式在具有一定溫度的襯底上反應化合形成Cu(InxGa1-x)Se2?的多元合金相。在制備過程中，硒加熱蒸發方法產生硒蒸氣以供應反應需要，這種方式的優點是簡單、易行；但隨著硒料的消耗會造成硒源蒸汽發生變化，進而影響到硒蒸發量的穩定性，導致了反應活性及原料使用率的降低、薄膜成份均勻性差、局部偏離化學計量比等現象。其在噴射硒蒸氣時一般將襯底靜置，這種方法使得噴射的硒不夠均勻，影響硒化效果，從而降低薄膜的質量。

發明內容

針對上述技術問題，本發明提供一種提高硒蒸氣噴涂均勻性、提高硒蒸氣活性的薄膜太陽能電池CIGS吸收層的硒化方法。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為：薄膜太陽能電池CIGS吸收層的硒化方法，其包括以下步驟：

（1）制備硒蒸氣；

（2）通過輸送帶將吸收層襯底輸送至預熱區預熱；

（3）經預熱的襯底輸送至具有惰性氣體保護的硒化區，同時將硒蒸氣導入硒化區，向移動的襯底上噴射硒蒸氣；

（4）噴涂有硒的襯底在硒化區反應；

（5）反應完成后，由輸送帶將襯底輸送至冷卻區進行冷卻，然后將其輸出。

進一步地，制備硒蒸氣時，先將硒源加熱成硒蒸氣，然后將硒蒸氣進行裂解，再將裂解的硒蒸氣導入硒化區。

進一步地，預熱區溫度維持在630℃--680℃，并使襯底在該區保溫15s—20s。

進一步地，硒化區依次分為噴涂段、反應段和進氣段，襯底在噴涂段移動時，向其上噴射硒蒸氣；噴射完成后，襯底輸送至反應段進行反應，反應完成后再輸送至冷卻段。

進一步地，在襯底進入噴涂區之前，先向進氣段通入惰性氣體，惰性氣體依次經進氣段、反應段、噴涂段后排出。

進一步地，硒化區的溫度維持在830℃--880℃，襯底在反應段靜置2min—4min。

進一步地，所述冷卻區的降溫速率為25℃/s--35℃/s。

本發明與現有技術相比具有如下優點：

1、本發明采用向移動的襯底噴射硒蒸氣的方式，不僅噴涂均勻，提高成膜均勻性。

2、硒蒸氣通過裂解后，再進行噴涂，提高了硒蒸氣的活性，進而提高了成膜質量。

3、采用三個分區處理襯底，并將硒化區分成三段，提高了硒化反應的效率和效果。

具體實施方式

本發明的硒化方法包括以下步驟：

（1）制備硒蒸氣；在制備硒蒸氣時，先將硒源加熱成硒蒸氣，然后將硒蒸氣進行裂解，再將裂解的硒蒸氣導入硒化區；在實施過程中，先固態硒加熱至200℃--300℃，固態硒生成低活性硒蒸氣，然后將低活性的硒蒸氣導入等離子帶電體形成的400℃--500℃輝光放電區，從而使其裂解成高活性的硒蒸氣，再將高活性的硒蒸氣導入硒化區對襯底進行噴射。由于采用裂解后的硒蒸氣噴涂襯底，使得硒化反應更加充分，提高了成膜質量。

（2）通過輸送帶將吸收層襯底輸送至預熱區預熱；在預熱區可采用紅外燈、鹵素燈或感應線圈對襯底加熱，預熱區溫度維持在630℃--680℃之間，為后續的硒化提供了有利的溫度條件。

（3）經預熱的襯底輸送至具有惰性氣體保護的硒化區，同時將硒蒸氣導入硒化區，向移動的襯底上噴射硒蒸氣；在實施過程中應保證襯底勻速運動，并控制噴射裝置的流量恒定，由于采用向勻速運動的襯底上噴射定量的硒蒸氣的方式，因此，噴射非常均勻有利于提高吸收層硒化質量；為了保證硒化質量，硒化區依次分為噴涂段、反應段和進氣段，在噴涂段內安裝有硒蒸氣噴射裝置，襯底在噴涂段移動時，向其上噴射硒蒸氣，硒化區的溫度應維持在830℃--880℃，可進一步提高反應質量；噴射完成后，襯底輸送至反應段進行反應，反應完成后再輸送至冷卻段。