[發明專利]濺射法制備柔性太陽能電池CIGS吸收層和緩沖層的方法

有效

• 申請號: 201310740650.5
• 申請日: 2013-12-27
• 公開（公告）號: CN103695851A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發明（設計）人: 陳進中;莫經耀;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: C23C14/34
• 分類號: C23C14/34;C23C14/06;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太陽能電池的制備，具體說是柔性CIGS太陽能電池吸收層和緩沖層的制備方法。

背景技術

現有的CIGS(銅銦鎵硒)太陽能電池包括基板，基板材料可包括玻璃、鋁、不銹鋼、聚合物或任何具相似可撓性的金屬及塑料，在基板表面沉積有數層薄膜。首先，基板上沉積有堿硅酸鹽層。一般而言，來自堿硅酸鹽層的鈉穿過底部電極層至吸收層，增加電池效率；接著，含有鉬(Mo)的底部電極層濺射至堿硅酸鹽層上，在底部電極層上沉積有吸收層，吸收層上沉積有緩沖層，緩沖層是由硫化鎘(CdS)組成。硫化鎘具有毒性。由氧化鋅(ZnO)組成的快閃層濺鍍形成于緩沖層上。快閃層用于防止太陽能電池在進行發電過程中，因Shunting及薄膜針孔(pinhole)的問題導致CIGS薄膜效能下降；最后，由鋁摻雜氧化鋅所構成的頂部電極層是濺射于快閃層上。

其中，CIGS吸收層是太陽能電池的核心部分，吸收層的制備方法如多元共蒸法和磁控濺射后硒化法。共蒸法由于采用四種不同的元素各具有不同的熔點，使得要控制整比化合物在大型基板上的形成是很困難的。目前，市場上出現有一種通過濺射法直接制備吸收層和緩沖層的方法，其采用的方法是使基板圓周運行，在圓周外通過濺射法使基板上形成吸收層和緩沖層。這種方法由于采用的是水平濺射，由于重力的作用，其在基板上沉積的吸收層和緩沖層不夠均勻，影響電池的質量。

發明內容

針對上述技術問題，本發明提供一種沉積較均勻、可連續制備吸收層和緩沖的方法。

本發明解決上述技術問題采用的技術方案是：濺射法制備柔性太陽能電池CIGS吸收層和緩沖層的方法,其包括以下步驟：

（1）制備吸收層靶材和緩沖層靶材；

（2）將上述兩靶材和對應的濺射源置于加熱的真空室內；

（3）在兩靶材下側設置工作臺，含有鉬電極層的基板可沿工作臺移動；

（4）基板沿工作臺正向移動時，濺射源由上向下轟擊吸收層靶材，使鉬電極層上沉積吸收層；

（5）吸收層沉積完成后，基板沿工作臺反向移動，濺射源由上向下轟擊緩沖層靶材，使吸收層上沉積緩沖層。

進一步地，所述吸收層靶材和緩沖層靶材設置于同一個旋轉體上，旋轉體內設有濺射源，通過轉動旋轉體切換吸收層靶材和緩沖層靶材。

進一步地，所述吸收層靶材由CIGS粉末壓制而成。

進一步地，將CuCl₂、InCl₃、GaCl₃、Na₂Se加入乙二胺中反應合成CIGS粉末。

本發明與現有技術相比具有如下優點：

1、本發明采用靶源沉積吸收層，不僅可進行大面積的生產，而且成膜質量高；

2、采用由上向下的濺射法沉積吸收層與緩沖層，避免了因重力的影響使得沉積不夠均勻的現象。

3、采用可切換的靶材方式，配合基板的正、反向運動，以沉積吸收層和緩沖層，提高了生產效率。

具體實施方式

下面詳細介紹本發明：

本發明的方法包括以下步驟：

（1）制備吸收層靶材和緩沖層靶材；

在制備吸收層靶材時，首先將CuCl₂、InCl₃、GaCl₃、Na₂Se加入乙二胺中攪拌，乙二胺可吸收合成反應所釋放的多余熱量，并可增加前驅鹽在溶劑中的溶解度，從而使反應更完全；通過上述化合物進行反應，從而合成CIGS粉末，且CIGS的粒徑較為均勻；然后將粉末壓制成吸收層靶材，這種方式可使靶材的致密度可達90%以上。本發明的緩沖層靶材采用現有的CdS靶材。

（2）將上述兩靶材和對應的濺射源置于加熱的真空室內，使得濺射在真空中進行，并通過加熱器進行加熱，維持適當的溫度條件；濺射源采用等離子化的惰性氣體，如通過離化器使氬氣生成等離子帶電體等；濺射源通過轟擊靶材，使相應的成分沉積在基板上。

（3）在兩靶材下側設置工作臺，含有鉬電極層的基板可沿工作臺移動；工作臺支撐基板，同時可通過滾子等現有裝置使基板沿工作臺正反向移動。

（4）基板沿工作臺正向移動時，吸收層靶材位于基板正上方，濺射源由上向下轟擊吸收層靶材，使鉬電極層上沉積吸收層；

（5）吸收層沉積完成后，基板沿工作臺反向移動，此時應將吸收層靶材切換成緩沖層靶材，使緩沖層靶材位于基板正上方，從而通過濺射源由上向下轟擊緩沖層靶材，使吸收層上沉積緩沖層。