[發明專利]一種CIGS太陽電池吸收層制備方法

在審

• 申請號: 201410766588.1
• 申請日: 2014-12-11
• 公開（公告）號: CN104600153A
• 公開（公告）日: 2015-05-06
• 發明（設計）人: 王金曉;馮煜東;王藝;王志民;趙慨;速小梅;王虎;楊淼
• 申請（專利權）人: 蘭州空間技術物理研究所
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 付雷杰;楊志兵

技術領域

本發明涉及表面工程技術領域，具體涉及一種銅銦鎵硒(CIGS)太陽電池吸收層制備方法。

背景技術

隨著空間、近空間飛行器、無人機以及地面軍事智能化裝備的發展，其能源供給系統對太陽電池提出了諸多新的要求，如：輕質、高效、強的抗輻射能力等。柔性銅銦鎵硒薄膜太陽電池因其高的光電轉換效率、強的抗輻射能力、穩定的電池性能、好的弱光特性以及低的制造成本成為當今光伏領域研究的熱點，被認為是最有發展前途的太陽電池之一。柔性基底高質量CIGS吸收層的獲得在整個高效柔性CIGS薄膜太陽電池制備過程中起著決定性的作用，它不但與降低生產成本息息相關，而且與轉化效率、能否大規模生產等產業化中的問題密不可分，成為研究的重中之中。

CIGS吸收層的制備有多種工藝技術和方法，最常用的有Cu、In、Ga、Se多元三步共蒸發法、CuInGa合金薄膜預濺射后硒化法。其中多元三步共蒸發法要求在薄膜沉積過程中必需保持硒量充足，同時基底溫度必需保持在400℃～600℃。后硒化法制備CIGS薄膜必需經過硒化工藝，硒化溫度在550℃左右。以上兩類方法制備CIGS薄膜時基底都要承受400℃～600℃的高溫，以保證薄膜中完整的硒化，使薄膜具有好的成分和組織結構，因此，多用于硬性基底而不適用于柔性基底，400℃～600℃的高溫要高于聚酰亞胺等柔性基底的耐受溫度。

因此必須開發新的低溫技術以實現聚酰亞胺基底高質量CIGS吸收層的低溫沉積。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種CIGS太陽電池吸收層制備方法，能夠在較低溫度下一步生成平整、致密、均勻、光電性能良好的CIGS太陽電池光吸收層薄膜，能顯著降低CIGS太陽電池光吸收層薄膜的制備溫度，簡化工藝。

本發明具體步驟如下：

本發明的CIGS太陽電池吸收層制備方法的步驟如下：將基底加熱至250℃～350℃并保溫，然后在基底上采用磁控濺射CuGa合金靶和In靶、或CuGa合金靶和CuIn合金靶、或CuInGa合金靶，在濺射的同時采用硒離子束進行硒化反應，生成CIGS太陽電池吸收層。

進一步地，采用硒離子束進行硒化反應時，將離子源置于磁控靶旁邊，H₂Se或Se蒸氣與Ar氣的混合氣體通入離子源中形成硒離子束進行硒化反應。

進一步地，所述離子源混合氣體中H₂Se或Se蒸汽所占質量比為40％～60％。

進一步地，在加熱基底前，采用氬離子束轟擊基底，對基底進行活化清洗。

進一步地，所述氬離子束活化清洗中，氬氣流量為15～20sccm，離子束放電電壓為280V，離子束電流為1A。

進一步地，所述基底為聚酰亞胺膜，膜厚為25～125微米。

有益效果：

(1)本發明通過離子束硒化磁控濺射技術，可以利用Se離子高的化學活性以及離子的動能對表面吸附、解離以及擴散作用的增強而降低反應沉積溫度，硒化與磁控濺射同步進行，實現聚酰亞胺基底CIGS薄膜的一步制備，且沉積溫度低，工藝簡單，成膜速率高，配以相應的柔性襯底卷繞設備，即可實現大面積連續化沉積，適合柔性CIGS薄膜太陽電池的產業化。同時，該方法也可用于剛性基底，較于傳統方法，工藝簡單，且沉積溫度低，能耗低。

(2)在鍍膜前用陽極膜線性離子源對基底進行氬離子轟擊處理，一是可以通過離子轟擊，將吸附在基底表面的水分、有機污染物、雜質氣體等濺射掉，提高基底與膜之間的結合力，并避免因夾雜水氣造成折射率不同而影響到整體的光學性能；二是可以通過離子轟擊改善聚合物基底表面活性，進而加強膜與基底鍵結強度。

具體實施方式

下面結合實施例，對本發明進行詳細描述。

本發明提供了一種CIGS太陽電池吸收層制備方法，采用Se離子束代替傳統硒化方式，在磁控濺射CuGa合金靶和In靶、或CuGa合金靶和CuIn合金靶、或CuInGa合金靶的同時，采用硒離子束進行硒化反應，利用離子化學活性遠大于中性氣體分子，而且離子所攜帶的能量可以提供化學反應所需的能量，使不能自然發生的化學反應過程不但發生了，而且反應強度也極大地增強，同時離子的動能可以增強表面的吸附、解離以及擴散作用，有利于吸收層薄膜在較低的溫度下快速沉積，降低基底所需溫度，并可以實現一步沉積，簡化工藝。

本發明的具體實施步驟如下：

步驟1，將柔性聚合物薄膜基底放在真空室內，對真空室抽真空至2.0×10^-3Pa以下；優選基底為膜厚為25～125微米的聚酰亞胺膜。