[發明專利]石墨烯透明導電膜銅鋅錫硒薄膜太陽能電池

在審

• 申請號: 201410025934.0
• 申請日: 2014-01-21
• 公開（公告）號: CN104795455A
• 公開（公告）日: 2015-07-22
• 發明（設計）人: 馬給民;保羅比蒂
• 申請（專利權）人: 東莞日陣薄膜光伏技術有限公司
• 主分類號: H01L31/032
• 分類號: H01L31/032;H01L31/0224
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及有關薄膜“光伏太陽能”電池芯片，具體涉及低溫濺射工藝制造的太陽能電池。?

背景技術

現有常見的薄膜太陽能電池，采用“碲化鎘”，“非晶硅”或“銅銦鎵硒（?CIGS）”等薄膜材料，轉換太陽能光伏電，采用鈉鈣玻璃，金屬或其它柔性基板，使用高溫蒸發，或先使用濺射工藝，鍍上金屬材料后，再采用“硒化”或“碲化”工藝，建立“P-N結”，然后在吸收層（absorber?layer）的上層和下層鋪上前后電極；除“非晶硅”，這些薄膜材料都是些十分昂貴的稀少材料，而“非晶硅”的轉換效率太低，“碲化鎘”有污染問題，“銅銦鎵硒”制造工藝十分復雜，很難商品化，尤其對“銅銦鎵硒（?CIGS）”薄膜技術，常見使用的電鍍沉淀工藝，或使用“金屬”或“金屬氧化物”經過納米印刷工藝制造；這些工藝皆不利于批量生產，單“硒化（Selenization）”工藝，就可長達?8?小時，并需用大量有毒氣體，比如使用“硒化氫”來逐步使“銅銦鎵（?CIS）”薄膜層“硒（Se）”化成““銅銦鎵硒（?CIGS）”薄膜層。?

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為解決低成本批量生產，使太陽能芯片能與傳統的煤油發電廠競爭無污染的能源供應，促使太陽能的商業化，我們必須使用有高轉換率性能和低成本的原材料，此發明使用一個原子厚的石墨烯透明導電膜（TCO）為前電極，銅鋅錫硒（CZTS）”薄膜為吸收層（absorber?layer）。要在低溫下做好“銅鋅錫硒（CZTS）”薄膜，并能保證它持有最優化的化學成分比例，成為標準的批量生產工藝，我們使用已匹配好化學成分的“銅鋅錫硒”四元素固態靶材，用射頻或負離子直流脈沖磁控濺射工藝，一次性鍍膜；同時，為避免高溫下“硒（Se）”的流失，一般行業采用的工藝是利用“硒化氫”氣體，來補充“硒（Se）”的流失；但這種氣體有毒，不適應批量生產；為了避免這個缺陷，我們使用低溫濺射后，再使用高溫真空退火爐，分別退火，使用固態“硒（Se）”來控制“硒（Se）”的流失，既避免有毒的“硒化氫”氣體，同時，我們將低成本的退火爐單獨出來，減輕高真空濺射爐的設備成本。

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發明內容

此項發明的主要目的在于建立一個適合批量生產的薄膜“銅鋅錫硒（CZTS）”太陽能芯片的制造工藝；我們首先使用一塊已匹配好“化學成分（stoichiometry）”的“銅，銦，鎵，硒（?CIGS）”等四元素合成固態靶材，在較低的基板溫度下（250-300?攝氏度），用“射頻或負離子脈沖直流電源濺射”鍍膜，將“銅，鋅，錫，硒”等元素，一次性電鍍在玻璃基板上；然后再采用帶有“硒（Se）”閉封氣氛的退火爐，在?500-550?°?C高溫下進行退火。?

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此這發明采用十分低成本的“銅，鋅，錫，硒”材料，其制造工藝保證了薄膜層“化學成分（stoichiometry）”的優化；免除了傳統工藝中長達八少時的“硒化工藝（selenization）”?–?傳統的“硒化”手段，使用帶有毒的“硒化氫”氣體，經數小時的化學反應，從已成型的金屬薄膜層，進行“硒化”。

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我們采用不高于300?攝氏度的基板溫度，能避免四元素濺射時，硒?（Se）的流失；跟著，我們將已具備良好“化學成分（stoichiometry）”的“銅鋅錫硒（CZTS）”薄膜基板，調離真空濺射生產線（為避免占用“銅鋅錫硒（CZTS）”?真空線，它是生產線上最復雜的瓶頸工藝環節），并采用單獨的廉價退火爐進行高溫退火；此退火爐用坩堝放置固態硒元素，在真空環境下進行高溫退火，滋長大體積的“銅鋅錫硒（CZTS）”晶體；由于前面采用四元素固態靶材，已?保證了“銅鋅錫硒（CZTS）”?的化學成分，無需添加硒元素；退火爐內放置的固態“硒（Se）”，它并不是為了在“銅鋅錫硒（CZTS）”薄膜中添加“硒（Se）”，而是為了保證退火爐內有富裕的“硒（Se）”氣體氣氛，扼制“銅鋅錫硒（CZTS）”?薄膜中“硒（Se）”的流失。這工藝保證了大體積的“銅鋅錫硒（CZTS）”晶體，保證了“銅鋅錫硒（CZTS）”化學成分的優化及重復性，保證了退火期間“銅鋅錫硒（CZTS）”薄膜不會有“硒（Se）”的流失，保證了硒在整個“銅鋅錫硒（CZTS）”薄膜層間的均勻性，保證了高轉換率的“銅鋅錫硒（CZTS）”批量生產工藝。

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附圖說明：

圖1是“銅鋅錫硒（CZTS）”?模片橫截面（“銅鋅錫硒（CZTS）”薄膜層橫切面）

1.??????通常用的，?1.0?至?4.0?毫米厚，或?3.2?毫米標準厚度的鈉鈣玻璃基板；