[發明專利]一種銅銦鎵硒薄膜制備方法及銅銦鎵硒薄膜

有效

• 申請號: 201610841978.X
• 申請日: 2016-09-22
• 公開（公告）號: CN106229362B
• 公開（公告）日: 2018-03-16
• 發明（設計）人: 王文慶
• 申請（專利權）人: 東莞市聯洲知識產權運營管理有限公司
• 主分類號: H01L31/032
• 分類號: H01L31/032
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司11246
• 代理人: 連平

技術領域

本發明涉及光伏薄膜材料技術領域，特別涉及一種銅銦鎵硒薄膜的制備方法及銅銦鎵硒薄膜。

背景技術

銅銦鎵硒薄膜太陽能電池具有轉化效率高、成本較低、適合大規模生產等優點。其吸收層屬于Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族半導體材料，具有1.04～1.65e V的可調禁帶寬度和高達10⁵cm^-1的吸收系數,在眾多的薄膜太陽電池中，銅銦鎵硒薄膜太陽能電池被認為是最有發展前途的一種。近十年間，已經成為廣大科研工作者研究的熱點。

研究發現，銅銦鎵硒薄膜作為太陽能電池的光吸收層，其禁帶寬度呈V型分布時能有效的改善光伏電池器件的電學性質，相對于平坦的能帶分布或者單向的能帶分布情形，具有V型雙梯度結構的銅銦鎵硒半導體薄膜可以在保證較好電流收集效率的情況下提升開路電壓。本發明以次為基礎，優化制備方法，獲得光電轉換效率高，開路電壓大的銅銦鎵硒薄膜。

發明內容

本發明的目的是提供一種銅銦鎵硒薄膜制備方法及銅銦鎵硒薄膜，該銅銦鎵硒薄膜作為太陽能電池光吸收層質量良好。

為實現上述目的，本發明采用的技術手段為：

一種銅銦鎵硒薄膜的制備方法，包括以下步驟：

(1)在沉積背電極的襯底上磁控濺射形成包含硒化物系列化合物的第一層摻鈉銅銦鎵硒預制層；

(2)硒化熱處理摻鈉銅銦鎵硒預制層，得到第一層銅銦鎵硒薄膜層；

(3)周期循環重復步驟(1)、(2)，每個周期中Ga/(In+Ga)不同，從第一層銅銦鎵硒薄膜層到最后一層銅銦鎵硒薄膜層中，Ga/(In+Ga)先減小后增多。

優選地，所述背電極為Cu-Mo合金組成。

優選地，所述硒化物系列化合物包含Cu-Se、In-Se、Ga-Se、Cu-In-Se中的一種或幾種。

優選地，所述摻鈉銅銦鎵硒預制層通過包含硒化物系列化合物的目標靶材與Na₂Se靶材共同濺射形成。

優選地，每次硒化熱處理前，在每層摻鈉銅銦鎵硒預制層上蒸發沉積硒形成一層硒層。

優選地，硒化熱處理加熱過程為，先20℃/min升溫至200℃，再100℃/min升溫至510℃～560℃，維持2分鐘，然后10℃/min降溫至500℃～550℃，維持10min～60min。

優選地，磁控濺射前，對所用靶材進行10min預濺射。

一種銅銦鎵硒薄膜，由n層不同帶隙的摻鈉銅銦鎵硒薄膜層組成，各層摻鈉銅銦鎵硒薄膜層帶隙沿著薄膜沉積生長方向先減小后增多，n大于等于3。

優選地，每層銅銦鎵硒層中鈉摻雜量0.1％～0.3％。

優選地，第n層銅銦鎵硒薄膜層中Ga/(In+Ga)＝X_n，0.4≤X_n≤0.3。

相對于現有技術，本發明具有以下優點：

本發明銅銦鎵硒薄膜由n層不同帶隙的摻鈉銅銦鎵硒薄膜層組成，通過包含硒化物系列化合物的摻鈉銅銦鎵硒預制層退火硒化形成。

具備共價結構的硒化物內的Ga移動速度比具備金屬結合結構的金屬或合金內的Ga移動速度慢，硒化物系列化合物可以一定程度抑制Ga偏析，使每層摻鈉銅銦鎵硒薄膜層中Ga分布變化小；

每層摻鈉銅銦鎵硒薄膜層中Ga分布微小變化的情況下，每層摻鈉銅銦鎵硒薄膜層內部帶隙微小變化，加上n層不同帶隙水平的摻鈉銅銦鎵硒薄膜層組合成具有較廣范圍帶隙分布的光吸收層，能夠吸收各種能量的光子，提高吸收效率，進而提高光電轉化效率；兩邊層帶隙大，中間層帶隙小，使得從第一層銅銦鎵硒薄膜層到最后一層銅銦鎵硒薄膜層，禁帶寬度整體呈先降后升的變化趨勢，減少光生載流子復合，增加了太陽能電池的開路電壓；

每層銅銦鎵硒預制層中鈉的摻雜可以鈍化晶界、減少多晶的缺陷，使每層薄膜缺陷都較少，整體結晶質量良好，并且，每層膜中都摻雜進鈉元素，有效增加的銅銦鎵硒受體濃度，有助于進一步增加太陽能電池的轉換效率。

因此，本發明制備的銅銦鎵硒薄膜光吸收層有效提高光電轉換效率，同時增加了太陽能電池的開路電壓。

附圖說明

圖1為本發明制備的由5層不同帶隙的摻鈉銅銦鎵硒薄膜層組成銅銦鎵硒光薄膜的理想能帶示意圖。

具體實施方式

為了更好的理解本發明，下面通過實施例對本發明進一步說明，實施例只用于解釋本發明，不會對本發明構成任何的限定。

本發明實施例所用背電極為Cu-Mo合金組成，Cu-Mo合金與銅銦鎵硒薄膜粘附性更好。

實施例1