[發(fā)明專利]一種銅銦鎵硒薄膜太陽(yáng)能電池光電吸收轉(zhuǎn)換層的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610410939.4
• 申請(qǐng)日: 2016-06-04
• 公開（公告）號(hào): CN105810764B
• 公開（公告）日: 2017-07-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳良范;孫嵩泉;甄永泰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 安徽恒致銅銦鎵硒技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): H01L31/032
• 分類號(hào): H01L31/032;H01L31/18;C23C14/24;C23C14/34
• 代理公司: 蚌埠鼎力專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司34102
• 代理人: 張建宏

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種太陽(yáng)能電池光電吸收轉(zhuǎn)換層的制備方法。

背景技術(shù)

銅銦鎵硒薄膜太陽(yáng)能電池是一種高效薄膜太陽(yáng)能電池，該太陽(yáng)能電池的光電吸收轉(zhuǎn)換層是由銅、銦、鎵和硒四種元素組成的化合物半導(dǎo)體薄膜，現(xiàn)有制備該太陽(yáng)能電池光電吸收轉(zhuǎn)換層的方法有共蒸發(fā)法和濺射后硒化法兩種方式。

共蒸發(fā)法制備銅銦鎵硒化合物半導(dǎo)體薄膜的方法是：將銅、銦、鎵、硒四種固體物質(zhì)分別放置在各自獨(dú)立的蒸發(fā)源內(nèi)，各自獨(dú)立的蒸發(fā)源被分別加熱到能夠使放置在其中的固體物質(zhì)融化成液體的溫度之上，其中放置銅的蒸發(fā)源需要加熱至1300℃到1400℃，放置銦的蒸發(fā)源需要加熱至1000℃到1100℃，放置鎵的蒸發(fā)源需要加熱至1150℃到1250℃，放置硒的蒸發(fā)源需要加熱至300℃到350℃，在各自獨(dú)立的蒸發(fā)源達(dá)到以上各自的溫度后，放置在其中的固體物質(zhì)融化成熔融狀態(tài)的液體并產(chǎn)生含各自元素的蒸汽，各種元素的蒸汽在真空腔室內(nèi)到達(dá)被加熱至500℃～600℃的襯底表面、并附著在其上，各種元素在襯底表面上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，最終形成銅銦鎵硒化合物半導(dǎo)體薄膜。共蒸發(fā)法的優(yōu)點(diǎn)是：所制備的薄膜一步完成，所用原材料成本較低；銅、銦、鎵、硒四種元素的配比和元素濃度梯度能夠精確控制。共蒸發(fā)法的不足是：三種金屬元素尤其是銅的蒸發(fā)溫度過(guò)高，蒸發(fā)源的設(shè)計(jì)復(fù)雜、制造困難；由于銅、銦、鎵的蒸發(fā)溫度都在1000攝氏度以上且溫度相差較大，因而不同的蒸發(fā)源之間容易相互干擾，造成工藝控制和設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的困難進(jìn)一步加大。

濺射后硒化法制備銅銦鎵硒化合物半導(dǎo)體薄膜的方法是在真空環(huán)境下將銅、銦、鎵三種元素用磁控濺射的方法濺鍍到沉積襯底上形成銅銦鎵的合金薄膜，然后將沉積襯底及其之上沉積的銅銦鎵合金薄膜放入400℃～500℃的H₂Se（硒化氫）或Se（硒）蒸汽中硒化處理30到60分鐘，硒化后得到銅銦鎵硒化合物半導(dǎo)體薄膜。濺射后硒化法制備銅銦鎵硒化合物半導(dǎo)體薄膜的優(yōu)點(diǎn)是：設(shè)備簡(jiǎn)單，容易大規(guī)模制造。它的不足是：薄膜沉積所需的靶材昂貴；硒化工藝一般需要用到劇毒的硒化氫氣體，容易對(duì)人體和環(huán)境造成傷害，且對(duì)該工藝的控制非常復(fù)雜，進(jìn)一步推高了銅銦鎵硒薄膜太陽(yáng)能電池的制造成本。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種銅銦鎵硒薄膜太陽(yáng)能電池光電吸收轉(zhuǎn)換層的制備方法，該方法將真空蒸發(fā)鍍膜法和濺射鍍膜法結(jié)合，制備銅銦鎵硒薄膜太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換吸收層。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下方案：

1、一種銅銦鎵硒薄膜太陽(yáng)能電池光電吸收轉(zhuǎn)換層的制備方法，其特征在于具有以下步驟：

a)、用真空濺射的方法在襯底上濺射一層0.2~2.5μm厚的銅鎵合金薄膜；

b)、將濺射了銅鎵合金薄膜的襯底放置于500~600℃的富含硒蒸汽的環(huán)境中對(duì)銅鎵合金薄膜進(jìn)行硒化處理；

c)、將硒化處理后的襯底放置在設(shè)有銦蒸發(fā)源和硒蒸發(fā)源的共蒸發(fā)真空腔室內(nèi)，500~600℃下將銦和硒蒸發(fā)沉積到銅鎵合金薄膜之上，形成銅銦鎵硒化合物半導(dǎo)體薄膜；

d)、將襯底以及其上的銅銦鎵硒化合物半導(dǎo)體薄膜放置入設(shè)置有鎵蒸發(fā)源的真空蒸發(fā)腔室內(nèi)，對(duì)銅銦鎵硒化合物半導(dǎo)體薄膜沉積少量的鎵。

另外，作為制作銅銦鎵硒薄膜太陽(yáng)能電池組件的優(yōu)選，在上述a）步驟銅鎵合金薄膜形成后，用激光劃線的方法將銅鎵合金薄膜以及與其接觸的襯底表面一起刻劃，以規(guī)劃出太陽(yáng)能電池的各個(gè)子太陽(yáng)能電池。

采用以上方案制備光電吸收轉(zhuǎn)換層的積極效果在于：

1、上述a)步驟利用真空濺射沉積銅鎵合金薄膜，為銅銦鎵硒合金薄膜提供了銅鎵元素，使后續(xù)利用共蒸發(fā)法只需蒸發(fā)銦、鎵和硒元素，避免了銅元素的蒸發(fā)，從而避免了蒸發(fā)銅元素所帶來(lái)的工藝和設(shè)備復(fù)雜性。

2、上述b)、c)步驟在硒蒸汽環(huán)境中硒化處理銅鎵合金薄膜和沉積銦、鎵元素的方法相對(duì)于濺射后硒化法制備銅銦鎵硒薄膜的方法的優(yōu)勢(shì)在于，在銅銦鎵硒合金薄膜中的銅、銦、鎵和硒四種元素的原子數(shù)比例更易于精確控制，且能夠通過(guò)工藝的調(diào)節(jié)得到所需不同原子濃度分布的銅銦鎵硒合金薄膜。

本發(fā)明方法合理、利于大規(guī)模生產(chǎn),充分發(fā)揮了共蒸發(fā)法制備銅銦鎵硒太陽(yáng)能電池能夠精確控制元素比例從而獲得更高轉(zhuǎn)換效率以及濺射法設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明能夠在生產(chǎn)中方便的推廣利用，獲得高性價(jià)比的銅銦鎵硒薄膜太陽(yáng)能電池產(chǎn)品。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的加工步驟示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合實(shí)施例及附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。

實(shí)施例