[發明專利]一種銅銦鎵硒薄膜太陽電池緩沖層的制備方法

在審

• 申請號: 201611233778.2
• 申請日: 2016-12-28
• 公開（公告）號: CN106784076A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 張瀚銘;喬在祥;趙岳;徐睿
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第十八研究所
• 主分類號: H01L31/04
• 分類號: H01L31/04;H01L31/0352
• 代理公司: 北京國昊天誠知識產權代理有限公司11315
• 代理人: 劉昕

技術領域

本發明屬于太陽電池技術領域，特別是涉及一種銅銦鎵硒薄膜太陽電池緩沖層的制備方法。

背景技術

如今，銅銦鎵硒薄膜太陽電池因其生產成本低廉、對環境污染小、弱光性能好等顯著特點，具有較好的發展前景。現有的銅銦鎵硒薄膜太陽電池的典型結構為如下的多層膜結構：襯底/底電極/吸收層/緩沖層/窗口層/上電極。

銅銦鎵硒薄膜太陽電池多采用CdS薄膜作為電池緩沖層，一方面可以改善能帶結構，另一方面可以在緩沖層制備過程中保護吸收層。但由于CdS毒性強，對環境污染嚴重，同時CdS禁帶寬度較小，限制了銅銦鎵硒太陽能電池效率進一步提升。并且CdS薄膜的制備方法多采用濕法制備，不利于與其他層干法制備相匹配。因此，Zn(O,S)作為替代CdS薄膜的理想材料而被廣泛關注。

Zn(O,S)薄膜的優點在于環境污染較小，禁帶寬度較大且可通過調節氧和硫的原子比來調節禁帶寬度，可有效提高電池效率。Zn(O,S)薄膜多采用化學水浴法或磁控濺射法制備。化學水浴法為濕法制備，不利于與銅銦鎵硒電池其他各層干法制備相匹配；磁控濺射法難以精確控制膜層生長并且可能對吸收層產生破壞。因此，如何實現精準制備Zn(O,S)薄膜作為銅銦鎵硒薄膜太陽電池緩沖層成為該技術領域亟待解決的問題。

發明內容

本發明為解決現有技術存在的問題，提供了一種采用原子層沉積方法制備銅銦鎵硒太陽電池緩沖層的方法，采用如下技術方案：

以二乙基鋅、H₂S、H₂O分別作為Zn、S、O的前軀體源，采用原子層沉積方法在加熱的襯底上交替沉積ZnO薄膜和ZnS薄膜多次，制備得到Zn(O,S)緩沖層。

本發明中，所述沉積ZnO薄膜是指向原子層沉積設備的反應腔室導入二乙基鋅后，用高純氮氣吹掃反應腔室，再導入水蒸氣，沉積得到單層ZnO，再用高純氮氣吹掃反應腔室。

其中，所述二乙基鋅、高純氮氣和水蒸氣、高純氮氣在反應腔室內的暴露時間依次為0.1～1s、3～10s和0.1～1s、3～10s。

本發明中，所述沉積ZnS薄膜是指向原子層沉積設備的反應腔導入二乙基鋅后，用高純氮氣吹掃反應腔室，再導入H₂S，沉積得到單層ZnS，再用高純氮氣吹掃反應腔室。

其中，所述二乙基鋅、高純氮氣和H₂S、高純氮氣在反應腔室內的暴露時間依次為0.1～1s、3～10s和0.1～1s、3～10s。

進一步的，本發明所述交替沉積ZnO薄膜和ZnS薄膜多次是指交替沉積ZnO薄膜和ZnS薄膜各100～500次。

進一步的，本發明所述反應腔室內的壓強為0.3～0.6Pa。

進一步的，本發明所述襯底的加熱溫度為100～150℃。

進一步的，本發明所述二乙基鋅、高純氮氣、H₂S和水蒸氣的氣體流量為100～300sccm。

根據本發明所述方法制備得到一種厚度在30～80nm的銅銦鎵硒太陽電池Zn(O,S)薄膜緩沖層。

本發明具有的優點和積極效果：

(1)本發明采用原子層沉積技術制備Zn(O,S)薄膜的銅銦鎵硒薄膜太陽電池緩沖層，可以與其他各層干法制備工藝相匹配，成膜致密均勻，有利于內應力的釋放，制備過程中對吸收層無破壞影響。

(2)本發明采用原子層沉積技術制備Zn(O,S)薄膜的銅銦鎵硒薄膜太陽電池緩沖層，通過調節ZnS和ZnO的生長順序及生長厚度，可以實現不同組分的Zn(O,S)薄膜的銅銦鎵硒薄膜太陽電池緩沖層，工藝簡單易行，節約生產成本及空間。

附圖說明

圖1是本發明銅銦鎵硒薄膜太陽電池結構示意圖。

圖中：

1、上電極2、窗口層 3、緩沖層

4、吸收層5、底電極 6、襯底

具體實施方式