專利名稱：一種銅銦硒基薄膜太陽能電池鉬電極的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種 銅銦硒基(CIS)薄膜太陽能電池用鑰電極的制備方法。
背景技術(shù)：
由于銅銦硒基(CIS)薄膜太陽能電池具有轉(zhuǎn)換效率高( 20%)、制造成本較低、易于規(guī)?；a(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，使其已經(jīng)成為國際光伏領(lǐng)域研究和產(chǎn)業(yè)化技術(shù)開發(fā)的主要熱點(diǎn)之一。鑰(Mo)具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性(不與銅和銦發(fā)生化學(xué)反應(yīng))和良好的導(dǎo)電特性，被廣泛用作CIS基薄膜太陽能電池的背電極，收集光生載流子。Mo背電極要求具有低的電阻率，同時與玻璃襯底(或其他柔性襯底)結(jié)合良好。高功率、低氣壓條件下制備的Mo薄膜具有良好的電學(xué)性能，但Mo薄膜與玻璃襯底的結(jié)合強(qiáng)度較低；低功率、高氣壓條件下制備的Mo薄膜與玻璃襯底結(jié)合強(qiáng)度較高，但Mo薄膜電學(xué)性能和表面質(zhì)量較差。目前采用高氣壓、低功率沉積高結(jié)合強(qiáng)度底層，隨后低氣壓、高功率沉積高導(dǎo)電層的“兩步法”工藝制備Mo電極，但“兩步法”工藝較復(fù)雜，生產(chǎn)效率較低，且兩步法中高氣壓下制備的Mo層雖可以提高其與玻璃襯底的結(jié)合力，但該Mo薄膜為多孔狀，表面粗糙度較大，后續(xù)低氣壓下制備的Mo層雖可提高M(jìn)o電極的電導(dǎo)率，但電極的致密度和表面粗糙度較差，不利于后續(xù)各功能層的制備。Zhao-Hui Li 等人[Applied Surface Science257 (2011) 9682 - 9688]采用“兩步法”制備Mo電極在滿足結(jié)合強(qiáng)度的前提下，電阻率可達(dá)到2. 5 X KT5Q .cm 6. OXKT5Q *cm ；Shirish A. Pethe 等人[Solar Energy Materials and Solar Cells, 100(2012) 1-5]提出的“一步法”簡化了 Mo電極的制備工藝，提高了生產(chǎn)效率，制備的Mo電極電阻率為
7.5X IO^5Q cm I. 8X10_4Q cm，與“兩步法”相比，Mo電極電阻率較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有“兩步法”工藝較復(fù)雜、生產(chǎn)效率較，且Mo電極表面質(zhì)量較差低等問題，提供一種銅銦硒基(CIS)薄膜太陽能電池用的鑰電極的制備方法。本發(fā)明制備方法的工藝步驟如下首先采用離子束清洗玻璃片表面，隨后用直流磁控濺射工藝制備Mo背電極。離子清洗源為口徑O60mm的考夫曼源，磁控濺射靶材是電子束熔煉的純度為99. 99%的Mo靶，靶材尺寸為￠75 X 5mm，濺射功率150w 400w，濺射氣壓0. IPa 3Pa，靶基距約150mm。制備Mo背電極的具體步驟如下(I)將切割好的玻璃片用王水(VHa VHN03=3 :1)浸泡15分鐘,用去尚子水沖洗干凈，再先后在丙酮和酒精中超聲波分別清洗5分鐘，隨后放入烘箱干燥后待用。(2)將上述清洗后的玻璃片裝卡在直流磁控濺射設(shè)備的樣品臺上，裝好Mo靶材，先將Mo靶降到該設(shè)備的真空腔體底部，再根據(jù)所述的玻璃片的位置調(diào)整好清洗離子源的角度，關(guān)閉腔體，開始抽真空。(3)待真空度優(yōu)于8. 5X 10 ,打開Ar氣，并打開清洗離子源進(jìn)氣閥，調(diào)節(jié)Ar氣流量至真空度2. OX 1(T2 5. OX l(T2Pa。
(4)打開清洗離子源，調(diào)節(jié)離子源加速電壓為250V 350V，調(diào)節(jié)離子束流為50mA^60mA,電子束流為離子束流的I. 5倍，打開樣品臺擋板，清洗玻璃片10分鐘，清洗結(jié)束后關(guān)閉樣品臺擋板，在關(guān)閉離子源。(5)將Mo靶靶基距調(diào)至150mm，將Ar氣清洗進(jìn)氣口轉(zhuǎn)換為濺射進(jìn)氣口，調(diào)整直流磁控濺射設(shè)備的流量計至真空度0. IPa 3Pa，濺射功率150w 400w。待輝光穩(wěn)定后，打開樣品臺擋板，沉積時間由沉積速率和膜厚決定，隨后關(guān)閉擋板，關(guān)閉濺射，關(guān)閉真空系統(tǒng)。在上述銅銦硒基薄膜太陽能電池用鑰電極制備方法中，所述的步驟(2)中要預(yù)抽氣，避免腔室殘余氧影響電極的電阻率。所述的玻璃片的尺寸為50X50Xlmm。所述的步驟(5)制備的Mo電極厚度為800nm。所述的步驟(4)和步驟(5)中，樣品旋轉(zhuǎn)速度為30r/min。
本發(fā)明提供了直流磁控濺射“一步法”制備銅銦硒基薄膜太陽能電池用鑰電極。采用離子束清洗玻璃樣品表面，提高玻璃表面的潔凈度，最終提高玻璃與鑰電極的結(jié)合力，簡化了銅銦硒基薄膜太陽能電池用鑰電極的制備工藝，提高了生產(chǎn)效率，降低了工藝成本，且Mo電極表面質(zhì)量和電阻率均優(yōu)于“兩步法”制備的Mo背電極。


圖I為實(shí)施例I制備Mo電極XRD圖譜；圖2為實(shí)施例I制備Mo電極AFM形貌圖；圖3為實(shí)施例2制備Mo電極XRD圖譜；圖4為實(shí)施例2制備Mo電極AFM形貌圖；圖5為實(shí)施例3制備Mo電極XRD圖譜；圖6為實(shí)施例3制備Mo電極AFM形貌圖；圖7為實(shí)施例4制備Mo電極XRD圖譜；圖8為實(shí)施例4制備Mo電極AFM形貌圖；圖9為實(shí)施例5制備Mo電極XRD圖譜；圖10為實(shí)施例5制備Mo電極AFM形貌圖；圖11為實(shí)施例6制備Mo電極XRD圖譜；圖12為實(shí)施例6制備Mo電極AFM形貌圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I :采用離子束清洗玻璃片表面，隨后用直流磁控濺射工藝制備Mo背電極。離子清洗源為口徑060mm的考夫曼源，磁控濺射靶材是電子束熔煉的純度為99. 99%的Mo靶，靶材尺寸為 ^75X5111111。將切割好的玻璃片用王水(VHa IVhn03=S 1)浸泡15分鐘,用去尚子水沖洗干凈,再先后在丙酮和酒精中超聲波清洗5分鐘，隨后放入烘箱干燥后待用。將上述清洗后的玻璃片裝卡在樣品臺上，裝好Mo靶材，先將Mo靶降到真空腔體底部，再根據(jù)樣品位置調(diào)整好清洗離子源的角度，關(guān)閉腔體，開始抽真空。待抽真空至優(yōu)于8. 5 X IO-4Pa,打開Ar氣，并打開清洗離子源進(jìn)氣閥，調(diào)節(jié)Ar氣流量至真空度達(dá)到2. OX l(T2Pa。打開清洗離子源，調(diào)節(jié)離子源加速電壓為250V，調(diào)節(jié)離子束流為60mA，電子束流為離子束流的I. 5倍，打開樣品臺擋板，清洗樣品10分鐘，清洗結(jié)束后關(guān)閉擋板，在關(guān)閉離子源。Mo靶靶基距調(diào)至150mm，將Ar氣清洗進(jìn)氣口轉(zhuǎn)換為濺射進(jìn)氣口，調(diào)整流量計至真空0. IPa,灘射功率300w,輝光穩(wěn)定后，打開樣品擋板，沉積完成后關(guān)擋板，關(guān)灘射，關(guān)真空系統(tǒng)。本實(shí)施例制備的鑰電極的XRD結(jié)果如圖I所示，其表面形貌如圖2所示，其表面粗糙度Ra為2. 3nm, 3M600膠帶結(jié)合力測試表明鑰電極的膜層結(jié)合良好，方阻為0. 2 Q / □，晶粒尺寸為22nm，殘余應(yīng)力為1400MPa的壓應(yīng)力。實(shí)施例2
·
采用離子束清洗玻璃片表面，隨后用直流磁控濺射工藝制備Mo背電極。離子清洗源為口徑060mm的考夫曼源，磁控濺射靶材是電子束熔煉的純度為99. 99%的Mo靶，靶材尺寸為 ^75X5111111。將切割好的玻璃片用王水(VHa IVhn03=S 1)浸泡15分鐘,用去尚子水沖洗干凈,再先后在丙酮和酒精中超聲波清洗5分鐘，隨后放入烘箱干燥后待用。將上述清洗后的玻璃片裝卡在樣品臺上，裝好Mo靶材，先將Mo靶降到真空腔體底部，再根據(jù)樣品位置調(diào)整好清洗離子源的角度，關(guān)閉腔體，開始抽真空。待抽真空至優(yōu)于8. 5 X 10 ,打開Ar氣，并打開清洗離子源進(jìn)氣閥，調(diào)節(jié)Ar氣流量至真空達(dá)到3. 5 X IO^2Pa0打開清洗離子源，調(diào)節(jié)離子源加速電壓為300V，調(diào)節(jié)離子束流為50mA，電子束流為離子束流的I. 5倍，打開樣品臺擋板，清洗樣品10分鐘，清洗結(jié)束后關(guān)閉擋板，在關(guān)閉離子源。Mo靶靶基距調(diào)至150mm，將Ar氣清洗進(jìn)氣口轉(zhuǎn)換為濺射進(jìn)氣口，調(diào)整流量計至真空0. 3Pa,灘射功率300w,輝光穩(wěn)定后，打開樣品擋板，沉積完成后關(guān)擋板，關(guān)灘射，關(guān)真空系統(tǒng)。本實(shí)施例制備的鑰電極的XRD結(jié)果如圖3，其表面形貌如圖4所示，表面粗糙度Ra為2. 34nm, 3M600膠帶結(jié)合力測試表明鑰電極的膜層結(jié)合良好，方阻為0. 168 Q / 口，晶粒尺寸為22nm，殘余應(yīng)力為856MPa的壓應(yīng)力。實(shí)施例3:采用離子束清洗玻璃片表面，隨后用直流磁控濺射工藝制備Mo背電極。離子清洗源為口徑060mm的考夫曼源，磁控濺射靶材是電子束熔煉的純度為99. 99%的Mo靶，靶材尺寸為 ^75X5111111。將切割好的玻璃片用王水(VHa IVhn03=S 1)浸泡15分鐘,用去尚子水沖洗干凈,再先后在丙酮和酒精中超聲波清洗5分鐘，隨后放入烘箱干燥后待用。將上述清洗后的玻璃片裝卡在樣品臺上，裝好Mo靶材，先將Mo靶降到真空腔體底部，再根據(jù)樣品位置調(diào)整好清洗離子源的角度，關(guān)閉腔體，開始抽真空。待抽真空至優(yōu)于8. 5 X 10 ,打開Ar氣，并打開清洗離子源進(jìn)氣閥，調(diào)節(jié)Ar氣流量至真空達(dá)到5. 0Xl(T2Pa。
打開清洗離子源，調(diào)節(jié)離子源加速電壓為350V，調(diào)節(jié)離子束流為60mA，電子束流為離子束流的I. 5倍，打開樣品臺擋板，清洗樣品10分鐘，清洗結(jié)束后關(guān)閉擋板，在關(guān)閉離子源。Mo靶靶基距調(diào)至150mm，將Ar氣清洗進(jìn)氣口轉(zhuǎn)換為濺射進(jìn)氣口，調(diào)整流量計至真空0. 6Pa,灘射功率300w,輝光穩(wěn)定后，打開樣品擋板，沉積完成后關(guān)擋板，關(guān)灘射，關(guān)真空系統(tǒng)。本實(shí)施例制備的鑰電極的XRD結(jié)果如圖5所示，其表面形貌如圖6所示，表面粗糙度艮為2. 43nm，3M600膠帶結(jié)合力測試表明鑰電極的膜層結(jié)合良好，方阻為0. 45 Q/ □，晶粒尺寸為22nm，殘余應(yīng)力為400MPa的拉應(yīng)力。實(shí)施例4
采用離子束清洗玻璃表面，隨后用直流磁控濺射工藝制備Mo背電極。離子清洗源為口徑O60mm的考夫曼源，磁控濺射靶材是電子束熔煉的純度為99. 99%的Mo靶，靶材尺寸為 cC>75X5mm，。將切割好的玻璃片用王水(VHa IVhn03=S 1)浸泡15分鐘,用去尚子水沖洗干凈,再先后在丙酮和酒精中超聲波清洗5分鐘，隨后放入烘箱干燥后待用。將上述清洗后的玻璃片裝卡在樣品臺上，裝好Mo靶材，先將Mo靶降到真空腔體底部，再根據(jù)樣品位置調(diào)整好清洗離子源的角度，關(guān)閉腔體，開始抽真空。待抽真空至優(yōu)于8. 5 X 10 ,打開Ar氣，并打開清洗離子源進(jìn)氣閥，調(diào)節(jié)Ar氣流量至真空達(dá)到3. 0Xl(T2Pa。打開清洗離子源，調(diào)節(jié)離子源加速電壓為300V，調(diào)節(jié)離子束流為55mA，電子束流為離子束流的I. 5倍，打開樣品臺擋板，清洗樣品10分鐘，清洗結(jié)束后關(guān)閉擋板，在關(guān)閉離子源。Mo靶靶基距調(diào)至150mm，將Ar氣清洗進(jìn)氣口轉(zhuǎn)換為濺射進(jìn)氣口，調(diào)整流量計至真空2Pa,灘射功率300w,輝光穩(wěn)定后，打開樣品擋板，沉積完成后關(guān)擋板，關(guān)灘射，關(guān)真空系統(tǒng)。本實(shí)施例制備的鑰電極XRD結(jié)果如圖7，表面形貌如圖8所示，表面粗糙度Ra為2. 27nm, 3M600膠帶結(jié)合力測試表明膜層結(jié)合良好，方阻為0. 476 Q / 口，晶粒尺寸為7nm，殘余應(yīng)力為182MPa的拉應(yīng)力。實(shí)施例5 采用離子束清洗玻璃表面，隨后用直流磁控濺射工藝制備Mo背電極。離子清洗源為口徑O60mm的考夫曼源，磁控濺射靶材是電子束熔煉的純度為99. 99%的Mo靶，靶材尺寸為 cC>75X5mm。將切割好的玻璃片用王水(VHa IVhn03=S 1)浸泡15分鐘,用去尚子水沖洗干凈,再先后在丙酮和酒精中超聲波清洗5分鐘，隨后放入烘箱干燥后待用。將上述清洗后的玻璃片裝卡在樣品臺上，裝好Mo靶材，先將Mo靶降到真空腔體底部，再根據(jù)樣品位置調(diào)整好清洗離子源的角度，關(guān)閉腔體，開始抽真空。待抽真空至優(yōu)于8. 5 X 10 ,打開Ar氣，并打開清洗離子源進(jìn)氣閥，調(diào)節(jié)Ar氣流量至真空達(dá)到3. 0Xl(T2Pa。打開清洗離子源，調(diào)節(jié)離子源加速電壓為300V，調(diào)節(jié)離子束流為55mA，電子束流為離子束流的I. 5倍，打開樣品臺擋板，清洗樣品10分鐘，清洗結(jié)束后關(guān)閉擋板，在關(guān)閉離子源。Mo靶靶基距調(diào)至150mm，將Ar氣清洗進(jìn)氣口轉(zhuǎn)換為濺射進(jìn)氣口，調(diào)整流量計至真空0. IPa,灘射功率150w,輝光穩(wěn)定后,打開樣品擋板,沉積完成后關(guān)擋板,關(guān)灘射,關(guān)真空系統(tǒng)。本實(shí)施例制備的鑰電極XRD結(jié)果如圖9所示，表面形貌如圖10所示，表面粗糙度Ra為2. 07nm, 3M600膠帶結(jié)合力測試表明膜層結(jié)合良好，方阻為0. 221 Q / □，晶粒尺寸為17nm，殘余應(yīng)力為1350MPa的壓應(yīng)力。實(shí)施例6 采用離子束清洗玻璃表面，隨后用直流磁控濺射工藝制備Mo背電極。離子清洗源為口徑O60mm的考夫曼源，磁控濺射靶材是電子束熔煉的純度為99. 99%的Mo靶，靶材尺 寸為 cC>75X5mm。將切割好的玻璃片用王水(VHa IVhn03=S 1)浸泡15分鐘,用去尚子水沖洗干凈,再先后在丙酮和酒精中超聲波清洗5分鐘，隨后放入烘箱干燥后待用。將上述清洗后的玻璃片裝卡在樣品臺上，裝好Mo靶材，先將Mo靶降到真空腔體底部，再根據(jù)樣品位置調(diào)整好清洗離子源的角度，關(guān)閉腔體，開始抽真空。待抽真空至優(yōu)于8. 5 X 10 ,打開Ar氣，并打開清洗離子源進(jìn)氣閥，調(diào)節(jié)Ar氣流量至真空達(dá)到3. 0Xl(T2Pa。打開清洗離子源，調(diào)節(jié)離子源加速電壓為350V，調(diào)節(jié)離子束流為55mA，電子束流為離子束流的I. 5倍，打開樣品臺擋板，清洗樣品10分鐘，清洗結(jié)束后關(guān)閉擋板，在關(guān)閉離子源。Mo靶靶基距調(diào)至150mm，將Ar氣清洗進(jìn)氣口轉(zhuǎn)換為濺射進(jìn)氣口，調(diào)整流量計至真空3Pa,灘射功率400w,輝光穩(wěn)定后，打開樣品擋板，沉積完成后關(guān)擋板，關(guān)灘射，關(guān)真空系統(tǒng)。本實(shí)施例制備的鑰電極XRD結(jié)果如圖11所示，其表面形貌如圖12所示，表面粗糙度Ra為I. 56nm)。3M600膠帶結(jié)合力測試表明該鑰電極的膜層結(jié)合良好，方阻為0. 18 Q / 口，晶粒尺寸為20nm，殘余應(yīng)力為610MPa的拉應(yīng)力。以下表I為各實(shí)施例對比表。表I各實(shí)施例結(jié)果對比表
權(quán)利要求
1.一種銅銦硒基薄膜太陽能電池鑰電極的制備方法，其特征在于，所述的制備方法首先采用離子束清洗玻璃片表面，隨后用直流磁控濺射工藝制備鑰Mo背電極，制備步驟如下； . 1)將玻璃片用王水(VHaVhn03=3 :1)浸泡15分鐘,用去離子水沖洗干凈,再先后分別在丙酮和酒精中超聲波清洗5分鐘，隨后放入烘箱干燥后待用； .2)將經(jīng)步驟I)清洗后的玻璃片裝卡在直流磁控濺射設(shè)備的樣品臺上，裝好Mo靶材，先將Mo靶降到該設(shè)備的真空腔體底部，再根據(jù)所述的玻璃片的位置調(diào)整好清洗離子源的角度，關(guān)閉真空腔體，開始抽真空； . 3)待真空腔體的真空度優(yōu)于8.5 X 10 ,打開Ar氣，并打開清洗離子源進(jìn)氣閥，調(diào)節(jié)Ar氣流量至真空度2. OX Kr2 5. OX KT2Pa ； .4)打開清洗離子源，調(diào)節(jié)離子源加速電壓為250V 350V，調(diào)節(jié)離子束流為50mT60mA，電子束流為離子束流的I. 5倍；打開樣品臺擋板，清洗玻璃片10分鐘，清洗結(jié)束后關(guān)閉樣品臺擋板，在關(guān)閉離子源； .5)將Mo靶靶基距調(diào)至150mm，將Ar氣清洗進(jìn)氣口轉(zhuǎn)換為濺射進(jìn)氣口，調(diào)整直流磁控濺射設(shè)備的流量計至真空度0. IPa 3Pa，濺射功率150w 400w ;待輝光穩(wěn)定后，打開樣品臺擋板，沉積完成后關(guān)閉擋板，關(guān)閉灘射進(jìn)氣口，關(guān)閉真空系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種銅銦硒基薄膜太陽能電池鑰電極的制備方法，其特征在于，所述的Mo靶的純度為99. 99%，靶材尺寸為￠75 X 5mm。
全文摘要
一種銅銦硒基薄膜太陽能電池鉬電極的制備方法，首先采用離子束清洗玻璃片表面，其工藝參數(shù)為真空度2.0×10-2~5.0×10-2Pa，Ar氣氛下，離子源加速電壓；250V～350V，離子束流；50mA~60mA，電子束流為離子束流的1.5倍。然后采用直流磁控濺射工藝制備，其工藝參數(shù)為Mo靶靶基距150mm，真空度0.1Pa～3Pa，濺射功率150w～400w。
文檔編號C23C14/18GK102751381SQ20121022690
公開日2012年10月24日 申請日期2012年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月29日
發(fā)明者丁發(fā)柱, 古宏偉, 屈飛, 張騰, 戴少濤, 邱清泉 申請人:中國科學(xué)院電工研究所