[發(fā)明專利]薄膜太陽(yáng)能電池的光吸收層的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910869277.0
• 申請(qǐng)日: 2019-09-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110571155B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-07-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王順;高傳增;李文杰;楊兵;李偉民;羅海林;馮葉;陳明;鐘國(guó)華;楊春雷
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 深圳先進(jìn)技術(shù)研究院
• 主分類號(hào): H01L21/36
• 分類號(hào): H01L21/36;H01L21/363;H01L31/18;H01L31/032
• 代理公司: 深圳市銘粵知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44304
• 代理人: 孫偉峰;黃進(jìn)

本發(fā)明公開(kāi)了一種薄膜太陽(yáng)能電池的光吸收層的制備方法，包括：應(yīng)用磁控濺射工藝制備獲得半導(dǎo)體預(yù)制層；在半導(dǎo)體預(yù)制層上制備形成硒薄膜層；將形成硒薄膜層后的半導(dǎo)體預(yù)制層置于退火爐中；將半導(dǎo)體預(yù)制層加熱至第一預(yù)定溫度后恒溫第一預(yù)定時(shí)間；將半導(dǎo)體預(yù)制層從第一預(yù)定溫度加熱至第二預(yù)定溫度后恒溫第二預(yù)定時(shí)間，以使半導(dǎo)體預(yù)制層硒化；將半導(dǎo)體預(yù)制層從第二預(yù)定溫度加熱至第三預(yù)定溫度后恒溫第三預(yù)定時(shí)間，并在第三預(yù)定時(shí)間內(nèi)通入硫化氫氣體，以使半導(dǎo)體預(yù)制層硫化，制備獲得硒化硫化的半導(dǎo)體光吸收層。本發(fā)明將半導(dǎo)體預(yù)制層的硒化和硫化設(shè)置在不同溫度下分步進(jìn)行，避免硒化的過(guò)度和不均勻性，同時(shí)也保證了硫化的質(zhì)量，提高光吸收層的品質(zhì)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于太陽(yáng)能電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種薄膜太陽(yáng)能電池的光吸收層的制備方法。

背景技術(shù)

銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽(yáng)能電池是一種高效薄膜太陽(yáng)能電池，其具有高穩(wěn)定性、低成本和長(zhǎng)壽命的優(yōu)勢(shì)。銅銦鎵硒薄膜太陽(yáng)能電池本質(zhì)上是一種直接帶隙半導(dǎo)體，其基本結(jié)構(gòu)包括依次疊層設(shè)置的襯底、背電極、光吸收層、緩沖層、窗口層、減反射層和金屬電極層，其中的光電吸層是由銅、銦、鎵和硒四種元素組成的化合物半導(dǎo)體薄膜。目前，制備銅銦鎵硒光吸收層的方法主要有共蒸發(fā)法和濺射硒化法，濺射硒化法由于其成本低于共蒸發(fā)法，在大尺寸電池的生產(chǎn)工藝中得到廣泛的應(yīng)用。

濺射硒化法是首先在襯底上濺射沉積銅銦鎵的半導(dǎo)體預(yù)制層，然后將半導(dǎo)體預(yù)制層置于含硒化氫或硒蒸氣的氣氛中退火，使銅、銦、鎵、硒四種元素相互反應(yīng)并結(jié)晶，得到符合化學(xué)計(jì)量比的銅銦鎵硒薄膜。

通常地，在濺射硒化的工藝路徑中也要進(jìn)行硫化，硫化的目的是讓硫能夠進(jìn)入硒存在的空位，補(bǔ)償缺陷，同時(shí)硫的引入也能夠提高禁帶寬度，使整個(gè)光吸收層的禁帶寬度呈U型(如圖1所示)，即，光吸收層的兩側(cè)表面的禁帶寬度高于光吸收層內(nèi)部禁帶寬度，由此達(dá)到提高開(kāi)路電壓的效果，進(jìn)而提高光電轉(zhuǎn)換率。硫源的引入目前主要有通入硫化氫氣體、固體硫的熱蒸發(fā)和氣體硒，其中采用硫化氫氣體的方式活性高，效果明顯。

目前，濺射后硒化硫化的工藝都是同步進(jìn)行，具體是：首先在銅銦鎵預(yù)制層上蒸鍍硒薄膜層形成銅銦鎵硒前驅(qū)體；然后將所制得的銅銦鎵硒前驅(qū)體放入到退火爐中進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度為80℃～200℃，讓前驅(qū)體表面變得平整；接著在預(yù)熱溫度下，通入硫化氫氣體；最后在氮?dú)獗Ｗo(hù)氛圍下進(jìn)行升溫，升至500℃～600℃左右，使銅銦鎵硒前驅(qū)體同時(shí)進(jìn)行硒化和硫化，形成銅銦鎵硒硫(CIGSSe)光吸收層。在這種高溫硒化硫化過(guò)程中，雖然能有效進(jìn)行硫化，增加其禁帶寬度，但無(wú)法分別精確控制硒化和硫化過(guò)程，高溫下硒元素?cái)U(kuò)散較快，隨機(jī)因素較大，會(huì)使每個(gè)薄膜區(qū)域硒化硫化的程度不同，導(dǎo)致薄膜均勻性差、重復(fù)性低，很難保證工業(yè)生產(chǎn)中光吸收層的品質(zhì)。同時(shí)，采用這種一步法硒化硫化的工藝，雖然簡(jiǎn)便且節(jié)省時(shí)間，但在高溫下硫的活性高，同時(shí)進(jìn)行的硫化和硒化會(huì)使大量的硫會(huì)進(jìn)入到銅銦鎵硒吸收層的內(nèi)部，使其內(nèi)部的禁帶寬度提高，由此整個(gè)光吸收層的禁帶寬度無(wú)法達(dá)到公認(rèn)最佳的U型分布，會(huì)降低薄膜電池的光電轉(zhuǎn)換率。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供了一種薄膜太陽(yáng)能電池的光吸收層的制備方法，以提高薄膜太陽(yáng)能電池的光吸收層的品質(zhì)，進(jìn)而提升電池的光電轉(zhuǎn)換率。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

一種薄膜太陽(yáng)能電池的光吸收層的制備方法，其包括：

應(yīng)用磁控濺射工藝制備獲得半導(dǎo)體預(yù)制層；

在所述半導(dǎo)體預(yù)制層上蒸發(fā)沉積形成硒薄膜層；

將沉積形成硒薄膜層后的半導(dǎo)體預(yù)制層置于退火爐中；

將所述半導(dǎo)體預(yù)制層加熱至第一預(yù)定溫度后恒溫第一預(yù)定時(shí)間；

將所述半導(dǎo)體預(yù)制層從所述第一預(yù)定溫度加熱升溫至第二預(yù)定溫度后恒溫第二預(yù)定時(shí)間，以使所述半導(dǎo)體預(yù)制層硒化；