[發明專利]一種銅銦鎵硒太陽電池吸收層的制備方法

有效

• 申請號: 201610550956.8
• 申請日: 2016-07-13
• 公開（公告）號: CN105977317B
• 公開（公告）日: 2018-04-03
• 發明（設計）人: 黃勇亮;孟凡英;沈文忠;吳敏;劉正新
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H01L31/032
• 分類號: H01L31/032;H01L31/0392;H01L31/18
• 代理公司: 上海旭誠知識產權代理有限公司31220
• 代理人: 鄭立

技術領域

本發明涉及薄膜太陽電池制造技術領域，尤其涉及一種銅銦鎵硒(CIGS)太陽電池吸收層的制備方法。

背景技術

太陽電池作為清潔環保的可再生能源，正越來越受到人們的重視。銅銦鎵硒薄膜太陽電池是一種新型的太陽電池技術，相比常見的基于硅材料的太陽電池，具有使用材料少、成本低、抗輻射性能好等優點，而且還有可能在柔性基底上制備柔性的太陽電池，可減輕電池質量，進一步拓展太陽電池的安裝使用范圍。另外，銅銦鎵硒太陽電池具有較高的轉換效率，實驗室最高效率可以達到22.6％，已經接近甚至超過晶體硅電池效率。

在CIGS太陽電池的生產中，CIGS吸收層的質量是決定電池效率的關鍵。CIGS吸收層薄膜主要有兩種制備工藝，一種是以單質的銅(Cu)、銦(In)、鎵(Ga)和硒(Se)為原料，在真空腔室內以共蒸發的方式在基底上沉積；另一種是先以單質或合金靶材為原料采用磁控濺射方式在基底上沉積銅銦鎵預制層，再將預制層硒化為CIGS吸收層薄膜。真空蒸發的工藝容易獲得較高的轉換效率，但在大面積的制備中很難達到很好的均勻性，而濺射后硒化的工藝，更有利于大規模生產。目前日本的Solar Frontier公司，采用濺射后硒化的工藝已經實現了CIGS太陽電池的量產。

在濺射后硒化的工藝制備的CIGS吸收層中有一個很關鍵的問題就是，在硒化時由于硒與銦的反應比硒與鎵的反應快得多，In會快速的遷移到吸收層表面，這就造成硒化時會在吸收層表面快速形成鎵含量低的CIGS相，而大量的鎵元素聚集到基底與CIGS吸收層的界面處。這會導致吸收層的表面帶隙低，背面帶隙高，而且由于鎵元素在背面聚集，導致背面的結晶質量差，從而降低了電池的轉換效率。為了優化CIGS吸收層中鎵元素的分布，以及吸收層的結晶質量，高溫退火和硫化工藝都被廣泛使用。但是硒化工藝制備的CIGS吸收層始終存在背表面附近鎵含量高，晶粒尺寸小的問題。

發明內容

有鑒于現有技術的不足，本發明所要解決的技術問題是改善吸收層的結晶性和鎵元素的分布，從而提高CIGS太陽電池的轉換效率。

為實現上述目的，本發明提供了一種新的制備CIGS吸收層的方法，具體地，本發明提供的技術方案如下：

一種銅銦鎵硒太陽電池吸收層的制備方法，包括以下步驟：

步驟一，在基底上制備一層In-Se化合物層；

步驟二，在In-Se化合物層上制備Cu-In-Ga層，得到預制層為In-Se/Cu-In-Ga的雙層預制層；

步驟三，將雙層預制層進行硒化熱處理，得到銅銦鎵硒吸收層。

優選地，步驟一中In-Se化合物層可以采用濺射、蒸發、電沉積或硒化熱處理銦薄膜等方法制備。

優選地，步驟一中In-Se化合物層厚度為50-200nm，且滿足原子比In/Se＝1.1-2.0。

優選地，步驟二中Cu-In-Ga層利用磁控濺射方法制備，可以采用Cu-Ga、Cu-In、Cu-In-Ga合金靶和In靶為靶材，濺射氣氛為氬氣，氣壓為0.3-1.0Pa。

優選地，雙層預制層總厚度為300-1000nm，整體的原子組分比例滿足Cu/(In+Ga)＝0.70-0.99。

優選地，步驟三中雙層預制層進行的硒化熱處理包括在有硒源存在的氣氛下的硒化反應，和惰性氣體保護下的退火處理。

進一步地，硒源包括硒粉、硒蒸氣、硒化氫或有機硒化物。

優選地，基底上濺射有一層鉬薄膜作為背電極。

優選地，基底包括鈉鈣玻璃、低Fe玻璃、太陽能浮法玻璃、不銹鋼箔、Al箔、Mo箔、Cu箔、聚酰亞胺(PI)或聚對苯二甲酸乙二醇酯樹脂(PET)。

本發明提供的銅銦鎵硒太陽電池吸收層的制備方法提出了In-Se/Cu-In-Ga雙層預制層的技術方案，In-Se在鉬表面形成之后，In不易在后續的硒化熱處理中遷移到表面，故可以增加CIGS吸收層中背表面處的In含量，In含量的提高可以有效改善吸收層背部的晶粒尺寸。同時，In-Se相在550℃以上會出現液相，可以進一步促進晶粒生長和鎵元素的擴散，從而改善CIGS吸收層的結晶性和鎵元素的分布。因此，采用這種雙層的預制層，可以提高CIGS太陽電池的開路電壓、填充因子和轉化效率。

以下將結合附圖對本發明的方法及產生的技術效果作進一步說明，以充分地了解本發明的目的、特征和效果。

附圖說明

圖1是銅銦鎵硒太陽電池的結構示意圖

圖2是本發明實施例1的制備銅銦鎵硒吸收層的工藝流程圖

具體實施方式