專利名稱：一種銅銦鎵硒/硫太陽(yáng)電池吸收層的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種銅銦鎵硒/硫太陽(yáng)電池吸收層的制備方法，屬于光電材料新能源領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
銅銦鎵硒(Cu (In，Ga) Se2,簡(jiǎn)稱CIGS)薄膜太陽(yáng)電池被認(rèn)為是新一代最有前途的太陽(yáng)電池，黃銅礦結(jié)構(gòu)的銅銦硒(CIS)或摻鎵形成的銅銦鎵硒(CIGS)化合物是直接帶隙材料，以其作為吸收層的太陽(yáng)電池被認(rèn)為是最有前景的太陽(yáng)電池。自20世紀(jì)90年代以來(lái)， 在薄膜電池中銅銦鎵硒電池是轉(zhuǎn)換效率最高的薄膜電池。2010年8月，德國(guó)太陽(yáng)能和氫研究中心(ZSW)制造的銅銦鎵硒太陽(yáng)電池將實(shí)驗(yàn)室最高轉(zhuǎn)換效率刷新為20. 3%，這個(gè)記錄將銅銦鎵硒與多晶硅太陽(yáng)電池的效率的差距縮小為0. 1%，并且銅銦鎵硒太陽(yáng)電池還具有成本低，壽命長(zhǎng)，弱光性好，抗輻射，吸收波段寬，可柔性等多方面優(yōu)點(diǎn)，可見(jiàn)有很大的發(fā)展前景。銅銦鎵硒太陽(yáng)電池的結(jié)構(gòu)一般為襯底/金屬背電極/光吸收層(銅銦鎵硒層)/ 過(guò)渡層/窗口層/透明電極層，銅銦鎵硒光吸收層的制備是銅銦鎵硒薄膜太陽(yáng)電池的核心工藝。銅銦鎵硒光學(xué)吸收層薄膜制備工藝主要有兩種第一種是共蒸發(fā)，它是將Cu、In、 Ga和k作源在真空室中進(jìn)行反應(yīng)共蒸發(fā)，或Cu+Se、In+Se、Ga+Se等二元分步共蒸發(fā)；第二種是金屬預(yù)置層后硒化的方法。共蒸發(fā)方法的特點(diǎn)是薄膜的晶粒大，容易實(shí)現(xiàn)元素的梯度分布，電池的轉(zhuǎn)換效率高，但是該方法對(duì)設(shè)備要求嚴(yán)格，蒸發(fā)過(guò)程不容易控制，大面積與連續(xù)化生產(chǎn)難度大；第二類方法是先在襯底上按化學(xué)式的配比量沉積Cu、In、Ga金屬預(yù)置層(包括其合金)，再在真空熱處理室內(nèi)與飽和硒蒸汽進(jìn)行硒化反應(yīng)，最終生成滿足化學(xué)配比的銅銦鎵硒(Cu (In, Ga) )半導(dǎo)體多晶薄膜。由于銅銦鎵硒太陽(yáng)電池中硒元素為稀有元素，用硫來(lái)代替硒對(duì)電池的效率影響不大，所以用硫來(lái)代替硒也被廣泛的研究，同樣用硫代替硒，也可進(jìn)行硫化反應(yīng)生成滿足化學(xué)配比的銅銦鎵硫(Cu (Inja) S2)半導(dǎo)體多晶薄膜。金屬預(yù)置層的制備的成膜工藝已比較成熟，硒化的方法主要有兩種，一是將沉積過(guò)金屬預(yù)置層的襯底放入真空熱處理室，到一定溫度時(shí)通入Hje(Hje+Ar)氣體，分解出來(lái)的硒原子與金屬預(yù)置層反應(yīng)逐步生成銅銦鎵硒半導(dǎo)體薄膜材料，且將通入的氣體換作H2S (4S+Ar)也可制成銅銦鎵硫半導(dǎo)體薄膜材料；另一種方法是在熱處理室中對(duì)固態(tài)的硒源蒸發(fā)，使硒原子與預(yù)置層金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，逐步轉(zhuǎn)變成銅銦鎵硒半導(dǎo)體薄膜，將固態(tài)的硒源換作硫源也可制成銅銦鎵硫半導(dǎo)體薄膜材料，后繼的硒(硫)化過(guò)程對(duì)工藝較為苛刻和復(fù)雜，不易控制，且Hje (H2S)有毒，在生產(chǎn)中會(huì)存在著安全隱患。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服現(xiàn)有制備銅銦鎵硒光學(xué)吸收層薄膜的工藝工程不易控制的缺陷，而提供一種銅銦鎵硒/硫太陽(yáng)電池吸收層的制備方法。
本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是
一種銅銦鎵硒/硫太陽(yáng)電池吸收層的制備方法，其特征在于首先在襯底上沉積底層導(dǎo)電膜，然后在底層導(dǎo)電膜上制備銅銦鎵硒/硫薄膜，銅銦鎵硒/硫薄膜沉積形成后，被置入熱處理室進(jìn)行熱處理，所述的在底層導(dǎo)電膜上制備銅銦鎵硒/硫薄膜是以氬氣為濺射氣體，以銅銦鎵硒/硫合金靶為靶材，通過(guò)直流脈沖磁控濺射的方法來(lái)沉積形成的。上述的主要技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，可以增加以下進(jìn)一步完善的技術(shù)方案 所述的直流脈沖磁控濺射的頻率為50-250HZ。所述的直流脈沖磁控濺射脈沖寬度為320-1600ns。所述的沉積底層導(dǎo)電膜和在底層導(dǎo)電膜上制備銅銦鎵硒/硫薄膜均是在真空條件下進(jìn)行的。所述的直流脈沖磁控濺射的真空度為4X KT1— 8 X KT1Pat5所述的熱處理是在低真空條件下進(jìn)行的。所述的熱處理是在550°C的溫度下進(jìn)行的。所述的銅銦鎵硒/硫薄膜的厚度約為1. 5 μ m。所述的在襯底上沉積底層導(dǎo)電膜是通過(guò)磁控濺射的方法在襯底上沉積Mo形成的。本發(fā)明的有益效果是①制備過(guò)程均在真空狀態(tài)下完成，襯底沒(méi)有暴露在大氣，為制備出優(yōu)質(zhì)的薄膜提供了良好的環(huán)境基礎(chǔ)；②避免了使用硒化氫/硫等有毒氣體，提高了鍍膜的安全性；③采用直流脈沖磁控濺射的方法制備銅銦鎵硒/硫可以獲得高致密性和高均勻度的薄膜，且容易實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明一種銅銦鎵硒/硫太陽(yáng)電池吸收層的制備方法，包括以下步驟
制備底層導(dǎo)電膜先將所有濺射室的真空度抽到所需的本底真空度lX10_5Pa，開(kāi)啟門(mén)閥，將清洗后的鈉鈣玻璃送入進(jìn)口室，對(duì)進(jìn)口室進(jìn)行抽真空，當(dāng)進(jìn)口室的真空度與鍍膜室的真空度相當(dāng)時(shí)，打開(kāi)門(mén)閥將玻璃傳送到鍍膜室，利用磁控濺射制成底層的金屬導(dǎo)電膜Mo。制備銅銦鎵硒/硫薄膜將已沉積過(guò)Mo的襯底經(jīng)門(mén)閥，過(guò)度室，門(mén)閥，傳送到鍍膜室，調(diào)節(jié)鍍膜室氬氣的流量和真空泵的抽速使濺射氣壓保持在4X KT1—8X10々a之間，優(yōu)選氣壓保持在6 X KT1Pa,調(diào)節(jié)電源的直流脈沖頻率及寬度，頻率控制在50-250HZ之間，優(yōu)選頻率控制在150Hz，脈沖寬度控制在320-1600ns之間，優(yōu)選脈沖寬度控制在1000ns，以氬氣為濺射氣體，以銅銦鎵硒/硫合金靶為靶材，利用直流脈沖濺射銅銦鎵硒薄膜材料。熱處理將已沉積過(guò)銅銦鎵/硫薄膜材料的襯底經(jīng)過(guò)門(mén)閥，過(guò)度室，門(mén)閥，傳送到熱處理室，熱處理室是低真空狀態(tài)且有氮?dú)獗Ｗo(hù)，熱處理溫度在550°C，最后得到銅銦鎵硒 /硫太陽(yáng)電池的吸收層，所述的銅銦鎵硒/硫薄膜的厚度約為1. 4-1. 6 μ m。
權(quán)利要求
1.一種銅銦鎵硒/硫太陽(yáng)電池吸收層的制備方法，其特征在于首先在襯底上沉積底層導(dǎo)電膜，然后在底層導(dǎo)電膜上制備銅銦鎵硒/硫薄膜，銅銦鎵硒/硫薄膜沉積形成后，被置入熱處理室進(jìn)行熱處理，所述的在底層導(dǎo)電膜上制備銅銦鎵硒/硫薄膜是以氬氣為濺射氣體，以銅銦鎵硒/硫合金靶為靶材，通過(guò)直流脈沖磁控濺射的方法來(lái)沉積形成的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種銅銦鎵硒/硫太陽(yáng)電池吸收層的制備方法，其特征在于 所述的直流脈沖磁控濺射的頻率為50-250HZ。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種銅銦鎵硒/硫太陽(yáng)電池吸收層的制備方法，其特征在于所述的直流脈沖磁控濺射脈沖寬度為320-1600ns。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種銅銦鎵硒/硫太陽(yáng)電池吸收層的制備方法，其特征在于 所述的沉積底層導(dǎo)電膜和在底層導(dǎo)電膜上制備銅銦鎵硒/硫薄膜均是在真空條件下進(jìn)行的。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種銅銦鎵硒/硫太陽(yáng)電池吸收層的制備方法，其特征在于 所述的直流脈沖磁控濺射的真空度為4X KT1— 8 X KT1Pat5
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種銅銦鎵硒/硫太陽(yáng)電池吸收層的制備方法，其特征在于 所述的熱處理是在低真空條件下進(jìn)行的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的一種銅銦鎵硒/硫太陽(yáng)電池吸收層的制備方法，其特征在于所述熱處理是在550°C的溫度下進(jìn)行的。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種銅銦鎵硒/硫太陽(yáng)電池吸收層的制備方法，其特征在于 所述的銅銦鎵硒/硫薄膜的厚度為1. 4-1. 6 μ m。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種銅銦鎵硒/硫太陽(yáng)電池吸收層的制備方法，其特征在于 所述的在襯底上沉積底層導(dǎo)電膜是通過(guò)磁控濺射的方法在襯底上沉積Mo形成的。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種銅銦鎵硒/硫太陽(yáng)電池吸收層的制備方法，其特征在于首先在襯底上沉積底層導(dǎo)電膜，然后在底層導(dǎo)電膜上制備銅銦鎵硒/硫薄膜，銅銦鎵硒/硫薄膜沉積形成后，被置入熱處理室進(jìn)行熱處理，所述的在底層導(dǎo)電膜上制備銅銦鎵硒/硫薄膜是以氬氣為濺射氣體，以銅銦鎵硒/硫合金靶為靶材，通過(guò)直流脈沖磁控濺射的方法來(lái)沉積形成的。本發(fā)明的有益效果是①制備過(guò)程均在真空狀態(tài)下完成，襯底沒(méi)有暴露在大氣，為制備出優(yōu)質(zhì)的薄膜提供了良好的環(huán)境基礎(chǔ)；②避免了使用硒化氫/硫等有毒氣體，提高了鍍膜的安全性；③采用直流脈沖磁控濺射的方法制備銅銦鎵硒/硫可以獲得高致密性和高均勻度的薄膜，且容易實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C23C14/35GK102214735SQ201110155988
公開(kāi)日2011年10月12日 申請(qǐng)日期2011年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月11日
發(fā)明者任志艷, 彭壽, 曹志強(qiáng), 曹欣, 王蕓, 石玉英, 馬給民 申請(qǐng)人:中國(guó)建材國(guó)際工程集團(tuán)有限公司, 蚌埠玻璃工業(yè)設(shè)計(jì)研究院