[發(fā)明專(zhuān)利]一種雙靶直流共濺射制備銅銦鎵硒吸收層的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610266729.2
• 申請(qǐng)日: 2016-04-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105870254B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-08-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 杜祖亮;程軻;薛明
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 河南大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01L31/18
• 分類(lèi)號(hào): H01L31/18
• 代理公司: 鄭州聯(lián)科專(zhuān)利事務(wù)所(普通合伙)41104
• 代理人: 時(shí)立新,周闖

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光電功能材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種雙靶直流共濺射制備銅銦鎵硒吸收層的方法。

背景技術(shù)

近年來(lái)，光伏行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)是發(fā)展薄膜太陽(yáng)能電池，因?yàn)樗哂泄?jié)省材料、運(yùn)輸成本低且生產(chǎn)速率高的優(yōu)點(diǎn)。其中，銅銦硒(CIS)/銅銦鎵硒(CIGS)為吸收層的薄膜太陽(yáng)電池因其具有高效率、穩(wěn)定性高的特點(diǎn)，有望成為新一代太陽(yáng)電池的主流產(chǎn)品之一，CIGS是在CIS的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)相同體系的太陽(yáng)能電池，通過(guò)適量的Ga取代In，成為CuIn_1-xGa_xSe₂多晶固溶體，其禁帶寬度可以通過(guò)改變In和Ga的比例來(lái)調(diào)整。

CIGS吸收層的制備方法主要有真空蒸發(fā)法、金屬預(yù)制層硒化法、分子束外延技術(shù)、噴涂熱解法、磁控濺射法和電沉積方法等。其中真空共蒸發(fā)法在制備過(guò)程中可以有效地控制CIGS薄膜的成分。然而，蒸發(fā)法制備CIGS薄膜的工藝復(fù)雜、重復(fù)性較差、難以大面積構(gòu)筑、反應(yīng)速度慢、成本較高，因此不適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種便于大面積獲取和工業(yè)化應(yīng)用的雙靶直流共濺射制備銅銦鎵硒吸收層的方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，一種雙靶直流共濺射制備銅銦鎵硒吸收層的方法，包括以下步驟：①提供基底，共濺射CuGa合金靶和In靶，制備銅銦鎵預(yù)制層，共濺射的工藝條件為：本底真空為4~5×10^-4Pa，工作壓強(qiáng)0.5~0.6 Pa，In靶的濺射功率為80 W，CuGa合金靶的濺射功率為25 W，濺射時(shí)間35~40 min；②將銅銦鎵預(yù)制層放入快速退火爐中，20~25s內(nèi)升溫至545~550℃，545~550℃下硒化30~35 min，自然冷卻至室溫，即可得到銅銦鎵硒吸收層。

所述CuGa合金靶的原子數(shù)比為Cu:Ga=4:1。

優(yōu)選的，步驟①中所用的基底為鍍鉬的鈉鈣玻璃基底。

本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是：本發(fā)明采用雙靶直流共濺射方法制備銅銦鎵（CIG）預(yù)制層，通過(guò)控制銦靶的濺射功率可以有效地控制CIG合金預(yù)制層中銦元素的含量，該發(fā)明為獲取符合化學(xué)計(jì)量比的銅銦鎵硒（CIGS）吸收層材料提供了一種簡(jiǎn)便易行的方法；將所制備的CIG預(yù)制層在特定的真空條件下進(jìn)行快速退火硒化處理，即可得到電池級(jí)的、高質(zhì)量的CIGS吸收層薄膜，通過(guò)構(gòu)筑完善的CIGS薄膜光伏器件，可得到>8%的光電轉(zhuǎn)換效率。該發(fā)明提供的完整的CIGS吸收層的濺射和硒化工藝為大規(guī)模工業(yè)化組配高效率CIGS薄膜光伏器件提供了新的途徑。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)施例1制備的銅銦鎵預(yù)制層表面的SEM圖，表面呈現(xiàn)顆粒狀聚集；

圖2為實(shí)施例1制備的銅銦鎵預(yù)制層截面的SEM圖，厚度約為500 nm；

圖3為實(shí)施例1制備的銅銦鎵硒吸收層表面的SEM圖，呈現(xiàn)結(jié)晶良好的階梯狀形貌；

圖4為實(shí)施例1制備的銅銦鎵硒吸收層截面的SEM圖，厚度約為1.5 μm，結(jié)晶良好；

圖5為實(shí)施例1制備的銅銦鎵硒吸收層的拉曼光譜曲線(xiàn)圖；

圖6為實(shí)施例1制備的CIGS薄膜太陽(yáng)能電池的J-V曲線(xiàn)圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于此。

實(shí)施例1

一種雙靶直流共濺射制備銅銦鎵硒吸收層的方法，包括以下步驟：①提供鍍鉬的鈉鈣玻璃基底，直流共濺射CuGa合金靶和In靶制備銅銦鎵預(yù)制層，本底真空為4×10^-4Pa，工作氣體為高純氬氣（99.999%），工作壓強(qiáng)0.5 Pa，In靶的濺射功率為80 W，CuGa合金靶的濺射功率為25 W，濺射時(shí)間40 min；②將銅銦鎵預(yù)制層放入快速退火爐中，用固態(tài)硒粉和密封石墨盒在爐體壓強(qiáng)為60 mtorr（毫托）真空下對(duì)銅銦鎵預(yù)制層進(jìn)行硒化處理，20s內(nèi)升溫至550℃，550℃下硒化30 min，自然冷卻至室溫，即可得到厚度為500 nm的銅銦鎵硒吸收層。

所述CuGa合金靶的原子數(shù)比為Cu:Ga=4:1。

將實(shí)施例1制備得到的銅銦鎵硒薄膜上用使用化學(xué)浴沉積的方法沉積一層硫化鎘薄膜，然后磁控濺射法沉積ZnO和ITO薄膜，最后將樣品放入掩模板中，采用真空蒸鍍的方法蒸上一層Ag電極，得到CIGS太陽(yáng)能薄膜電池（這些方法都是現(xiàn)有技術(shù)，在此不再贅述）。