[發明專利]一種基于一步共蒸發工藝制備梯度帶隙光吸收層的方法和裝置

有效

• 申請號: 201511029881.0
• 申請日: 2015-12-29
• 公開（公告）號: CN105633212B
• 公開（公告）日: 2017-06-27
• 發明（設計）人: 王赫;楊亦桐;張超;申緒男;趙岳;姚聰;喬在祥
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第十八研究所
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18
• 代理公司: 天津市鼎和專利商標代理有限公司12101
• 代理人: 李鳳

1.一種基于一步共蒸發工藝制備梯度帶隙光吸收層的方法，其采用的裝置包括一個真空蒸發腔室、抽真空系統和電離規，抽真空系統(4)位于裝置右側，用于維持裝置鍍膜時腔室的真空度，電離規(5)在沉積腔室左側，用于測試腔室的壓強；真空蒸發腔室(1)整體呈長方體形狀，不銹鋼通過無縫焊接工藝制成；在真空蒸發腔室表面無縫焊接了水冷管路；在所述真空蒸發腔室上部安裝有襯底加熱系統(2)，柔性或剛性襯底(3)固定于襯底加熱系統下方，真空蒸發腔室中自左至右均勻分布地安裝了5個不同種類材料的蒸發源，依次為Se蒸發源(6)，Ga蒸發源(7)，In蒸發源(9)，Cu蒸發源(11)，NaF蒸發源(13)，第二個到第五個蒸發源上方均安裝有擋板，依次為Ga蒸發源擋板(8)，In蒸發源擋板(10)，Cu蒸發源擋板(12)，NaF蒸發源擋板(14)；以上各蒸發源上均固裝有測量溫度的熱電偶，將測量的信號反饋給位于真空蒸發腔室外面的PID程序控制器，由PID程序控制器控制對應加熱裝置是否啟動，以此控制各蒸發源的蒸發速率以及升溫速率；其特征在于，在CIGS薄膜沉積過程中，Cu、Ga、In和Se四種元素同時蒸發，通過PID程序控制器控制Ga元素的蒸發速率，分別在薄膜開始沉積3－5分鐘內以及薄膜沉積結束前的3－5分鐘內，Ga蒸發源的蒸發溫度為1030℃－1060℃，此段時間內沉積薄膜厚度為250nm－400nm，該層薄膜與隨后沉積的Cu、Se元素反應，在吸收層底部CIGS/Mo界面附近形成一定的帶隙梯度。

2.根據權利要求1所述的基于一步共蒸發工藝制備梯度帶隙光吸收層的方法，其特征在于，在薄膜開始沉積的3－5分鐘之后，Ga蒸發溫度下降至1000℃－1030℃，并在隨后的40－42min內保持恒定，在此過程中，共蒸發Cu、In、Ga和Se元素，完成CIGS薄膜生長的主要過程。

3.根據權利要求2所述的基于一步共蒸發工藝制備梯度帶隙光吸收層的方法，其特征在于，在蒸發工藝過程的最后3－5分鐘內，Ga蒸發溫度上升至1010℃－1040℃，并保持恒定，通過這一工藝過程實現并改變CIGS薄膜表面的帶隙梯度。

4.根據權利要求1－2任一項所述的基于一步共蒸發工藝制備梯度帶隙光吸收層的方法，所述CIGS薄膜的沉積厚度均為1.5μm－2.5μm，Ga含量最低點均在0.4μm－0.6μm，控制Mo/CIGS薄膜界面附近Ga濃度梯度在0.25－0.5范圍內，吸收層表面附近的Ga濃度梯度在0.1－0.35范圍內。