[發明專利]一種用于太陽能電池吸收層的銅銦鎵硒薄膜的制備方法

有效

• 申請號: 201610270035.6
• 申請日: 2016-04-26
• 公開（公告）號: CN105762210B
• 公開（公告）日: 2017-07-21
• 發明（設計）人: 杜祖亮;程軻;韓凱凱
• 申請（專利權）人: 河南大學
• 主分類號: H01L31/0392
• 分類號: H01L31/0392;H01L31/18
• 代理公司: 鄭州聯科專利事務所(普通合伙)41104
• 代理人: 時立新,周闖

技術領域

本發明屬于光伏與薄膜太陽能電池領域，具體涉及一種用于太陽能電池吸收層的銅銦鎵硒薄膜的制備方法。

背景技術

隨著經濟社會的發展，人們對能源的需求也與日俱增。由于常規礦物能源如煤炭、石油和天然氣儲量有限，且在使用過程中會產生大量的CO₂等溫室氣體和大量粉塵，對人類賴以生存的自然環境造成嚴重破壞。由于太陽能取之不盡、用之不竭、清潔無污染，是最理想、最可持續的可再生清潔能源。目前硅基太陽能電池已經商業化使用，但它存在發電成本較高的問題。目前光伏行業的發展趨勢是大力發展薄膜太陽能電池，因為它具有節省材料、重量輕、柔性、運輸成本低等優勢。在諸多的薄膜光伏技術中，黃銅礦結構的薄膜太陽能電池（CIGS）是目前效率唯一可以和單晶硅太陽能電池相比的薄膜太陽能電池；另外其薄膜化的特點是單晶硅無法比擬的，具有廣闊的應用前景。CIGS實驗室效率目前可以達到21.7%，2011 年瑞士的材料實驗所Empa在聚酰亞胺基底上制備CIGS 電池, 創造出18.7%的效率，預示著CIGS在柔性基底上的廣闊的應用前景。CIGS 是太陽能電池材料體系中能夠同時兼顧高效率和低成本的、最好的和最現實的體系。

CIGS光吸收層薄膜的主要制備方法是液相法、多源共蒸發法和磁控濺射法。用共蒸發法制備的CIGS器件的光電轉換效率已經達到21.7%，是目前CIGS薄膜太陽能電池的最高轉換效率。然而共蒸發法存在對工藝要求高、良品率低、原料利用率低的不利于工業化生產的缺點。相對而言，磁控濺射金屬預制層后硒化的工藝路線可大面積制備CIGS薄膜，另外，濺射法制備的前驅體薄膜致密性高、組分均勻性好、元素的化學配比可調。通常該技術路徑采用分步多次濺射的方法，首先濺射得到層狀結構的Cu-In-Ga合金預制層，該技術路徑存在由于In元素的團聚導致的預制層薄膜均勻性不足的問題，使得該技術路徑所組配的電池器件效率較低。

發明內容

本發明的目的是提供一種簡單、方便、可大規模工業化生產的用于太陽能電池吸收層的銅銦鎵硒薄膜的制備方法。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是，一種用于太陽能電池吸收層的銅銦鎵硒薄膜的制備方法，包括以下步驟：①在鍍鉬的鈉鈣玻璃基底上制備銅銦鎵預置層；②將銅銦鎵預置層放入快速退火爐中，25-30s內升溫至280~285℃，保溫20-30min，然后采用固態硒源在560-565℃下硒化20~30 min，自然冷卻至室溫，即可得到銅銦鎵硒薄膜。

優選的，所述銅銦鎵預置層采用直流磁控共濺射法制備，具體過程如下：將鍍鉬的鈉鈣玻璃放入磁控濺射腔室中，共濺射CuIn合金靶和CuGa合金靶制備銅銦鎵預置層，本底真空為4~5×10^-4Pa，氬氣流量20~25 sccm，基底轉速15~20 rpm，工作真空0.7~0.8 Pa，CuIn合金靶的濺射功率為90 W，CuGa合金靶的濺射功率為20 W，濺射時間60 min。

優選的，CuIn合金靶的原子數比為Cu:In=1:4，CuGa合金靶的原子數比例Cu:Ga=4:1。

本發明產生的有益效果是：與傳統的分步濺射層狀金屬預制層不同，本發明利用直流磁控共濺射技術在濺射有鉬（Mo）的玻璃基底上濺射特定比例的Cu_xIn_1-x和Cu_xGa_1-x合金靶，得到Cu-In-Ga的混合金屬預制層，通過后期特定工藝條件下的高溫快速硒化處理，成功制備了高質量的CIGS（銅銦鎵硒）吸收層材料；利用該CIGS吸收層材料組配的CIGS薄膜光伏器件，轉換效率在11%以上。

附圖說明

圖1為實施例1制備得到的銅銦鎵預置層的表面形貌圖，表面致密；

圖2為實施例1制備得到的銅銦鎵預置層的截面結構圖，厚度均一；

圖3為實施例1制備得到的銅銦鎵硒薄膜的表面形貌圖，表面致密平整；

圖4為實施例1制備得到的銅銦鎵硒薄膜的截圖結構圖，結晶良好；

圖5為采用實施例1制備的銅銦鎵硒薄膜制成的銅銦鎵硒太陽能薄膜電池器件的光電轉換效率測試結果。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發明作進一步說明，但本發明的保護范圍不限于此。

實施例1