專利名稱：一種銅銦鎵硒太陽能電池的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種太陽能電池，尤其涉及一種銅銦鎵硒太陽能電池。
背景技術：
現(xiàn)有的銅銦鎵硒薄膜光伏太陽能芯片制造工藝，采用鈉鈣玻璃基板，以400-500°C 的高溫蒸發(fā)銅，銦，鎵，二硒等材料；或先使用濺射工藝，鍍上其中三種金屬單元素材料后，再采用“硒化”工藝，添加硒材料。這是一項很難重復，而且十分緩慢的工藝；還有另一種方法，使用電鍍沉淀工藝，或使用“金屬，，或“金屬氧化物”經(jīng)過納米印刷工藝制造；這些工藝皆不適應于批量生產(chǎn)，單硒化工藝，就可長達8小時，并需用大量有毒氣體，比如使用硒化氫來逐步使銅銦鎵薄膜層硒化成銅銦鎵硒薄膜層。銅銦鎵硒薄膜層在“高溫”的基板上成型，目的是為了滋長較大的結(jié)晶，結(jié)晶體起碼該是它本身厚度(1.0-2.0微米)一半以上的厚度。過小的晶體會產(chǎn)生大量的晶界，導致 “電子-空穴”再次重組，降低電池的轉(zhuǎn)換效率。高溫的另一個目的是促進“鈉鈣玻璃”里的 “鈉”，在穿過鉬薄膜層后，擴散到“銅銦鎵硒”薄膜層里，“鈉”離子能促進更多帶有“P-型摻雜物”的“銅銦鎵硒”薄膜的生長，要做到“銅銦鎵硒”這四種元素在高溫下共蒸發(fā)是十分費事，同時極難控制的工藝，不適宜于批量生產(chǎn)。要在高溫下做好“銅銦鎵硒”薄膜，并能保證它持有最優(yōu)化的化學成分比例，成為標準的批量生產(chǎn)工藝，我們使用已匹配好化學成分的“銅銦鎵硒”四元素固態(tài)靶材，用磁控濺射工藝，一次性鍍膜；同時，為避免高溫下“硒”的流失，一般行業(yè)采用的工藝是利用“硒化氫”氣體，來補充“硒”的流失；但這種氣體有毒，不適應批量生產(chǎn)；為了避免這個缺陷，我們使用雙溫區(qū)退火爐，并使用固態(tài)“硒”來控制“硒”的流失。

實用新型內(nèi)容本實用新型要解決的技術問題是提供一種能快捷大量生產(chǎn)并在生產(chǎn)過程中不產(chǎn)生有毒氣體的太陽能電池。為解決上述的技術問題，本實用新型通過以下方案加以實現(xiàn)一種銅銦鎵硒太陽能電池，它包括鈉鈣玻璃基板和銅銦鎵硒薄膜層，銅銦鎵硒薄膜層電鍍在鈉鈣玻璃基板上。所述鈉鈣玻璃基板和銅銦鎵硒薄膜層中間鍍有約0. 35微米厚鉬薄膜。所述銅銦鎵硒薄膜層的上表面設置“p-n結(jié)”區(qū)域。所述銅銦鎵硒薄膜層上面鍍有0. 05微米厚的硫化鎘。所述硫化鎘上鍍有約0. 1微米厚的絕緣層氧化鋅。所述氧化鋅上鍍有約0. 35微米厚的導電透明的氧化鋅參鋁。所述氧化鋅參鋁上表面設有約0. 05微米厚的鎳。所述鎳上面設有約3. 0微米厚鋁膜。所述鋁膜上面鍍有約0. 05微米厚保護鋁的一層保護鎳。所述保護鎳上面鍍有約1. 0至4. 0毫米厚的鈉鈣覆蓋玻璃。[0016]本實用新型銅銦鎵硒太陽能電池采用“銅銦鎵硒”四元素合成固態(tài)靶材，在退火爐內(nèi)具有富裕的“硒”氣體氣氛，扼制“銅銦鎵硒”薄膜中“硒”的流失，保證了硒在整個“銅銦鎵硒”薄膜層間的均勻性，保證了高轉(zhuǎn)換率的“銅銦鎵硒”批量生產(chǎn)工藝，并方便快捷，生產(chǎn)過程不產(chǎn)生有毒氣體。

圖1為本實用新型模片橫截圖；圖2為本實用新型的銅銦鎵硒晶相圖；圖3為本實用新型的實施例示意圖。
具體實施方式
如圖1、2、3所示，一種銅銦鎵硒太陽能電池，它包括鈉鈣玻璃基板1和銅銦鎵硒薄膜層3，銅銦鎵硒薄膜層3電鍍在鈉鈣玻璃基板1上，鈉鈣玻璃基板1和銅銦鎵硒薄膜層3 中間鍍有約0. 35微米厚鉬薄膜2，銅銦鎵硒薄膜層3的上表面設置“p-n結(jié)”區(qū)域11，銅銦鎵硒薄膜層3上面鍍有0. 05微米厚的硫化鎘4，硫化鎘4上鍍有約0. 1微米厚的絕緣層氧化鋅5，氧化鋅5上鍍有約0. 35微米厚的導電透明的氧化鋅參鋁6，氧化鋅參鋁6上表面鍍約0. 05微米厚的鎳7，鎳7上面設有約3. 0微米厚鋁膜8，鋁膜8上面鍍有約0. 05微米厚保護鋁的一層保護鎳9，保護鎳9上面鍍有約1. 0至4. 0毫米厚，或3. 2毫米標準厚度的鈉鈣覆蓋玻璃10。我們首先使用一塊已匹配好化學成分的“銅，銦，鎵，硒”等四元素合成固態(tài)靶材， 在較低的基板溫度下O50-300攝氏度)，用“脈沖直流電源濺射”鍍膜，將銅，銦，鎵，硒等元素，一次性電鍍在玻璃基板1上；然后再采用帶有“硒”閉封氣氛的退火爐，在400-500°C高溫下進行退火。這工藝縮短了傳統(tǒng)“銅銦鎵硒”制造工藝所需用的時間，保證了薄膜的優(yōu)化化學成分；免除了傳統(tǒng)工藝中長達八少時的“硒化工藝”，傳統(tǒng)的“硒化”手段是使用帶“硒” 元素的氣體，經(jīng)數(shù)小時的化學反應，從已成型的“銅銦鎵”薄膜的表層，逐步往下“硒化”。我們采用不高于300攝氏度的基板溫度，能避免四元素濺射時，硒的流失；跟著， 我們將已具備良好“化學成分”的銅銦鎵硒薄膜層3半成品芯片，調(diào)離真空濺射生產(chǎn)線為避免占用“銅銦鎵硒”真空線，它是生產(chǎn)線上最復雜的瓶頸工藝環(huán)節(jié)，并采用單獨的廉價退火爐進行高溫退火；此退火爐是特制的雙溫區(qū)退火爐，退火爐內(nèi)用坩堝13放置固態(tài)硒元素， 在一個大氣的氣壓下進行高溫退火，滋長大體積的“銅銦鎵硒”晶體；由于前面采用四元素固態(tài)靶材，已保證了 “銅銦鎵硒”的化學成分，無需添加硒元素，退火爐內(nèi)放置的固態(tài)“硒”， 它并不是為了在“銅銦鎵硒”薄膜中添加“硒”，而是為了保證退火爐內(nèi)有富裕的“硒”氣體氣氛，扼制“銅銦鎵硒”薄膜中“硒”的流失。這工藝保證了大體積的“銅銦鎵硒”晶體，保證了 “銅銦鎵硒，，化學成分的優(yōu)化及重復性，保證了退火期間“銅銦鎵硒，，薄膜不會有“硒，，的流失，保證了硒在整個“銅銦鎵硒”薄膜層間的均勻性，保證了高轉(zhuǎn)換率的“銅銦鎵硒”批量生產(chǎn)工藝。注意“銅銦鎵硒” “吸收層”的最上層是非常狹窄的“P-n結(jié)”區(qū)域11 ；經(jīng)陽光“光伏”作用所釋放的“負電子”與騰空的“空穴”，形成“負電子-孔穴”的“P-n結(jié)”區(qū)域11，它必須設置在“銅銦鎵硒”層的最上層。“銅銦鎵硒”的底層，必須有富裕的“P-型”導電，而 “銅銦鎵硒”的上層位置，需減少“P-型導電”成分，使銅銦鎵硒薄膜層3的上一層，則硫化鎘4薄膜層里的“鎘”，能往下擴散，滲透到銅銦鎵硒薄膜的上表層，使其轉(zhuǎn)換成“η-型導電”， 同時，我們也要控制好“鈉鈣玻璃”中的“鈉”向上滲透，和保證不讓“硒”流失，因為“缺銅” 和有“鈉摻雜劑”的薄膜，皆能促進“P-型”的“銅銦鎵硒”薄膜；而缺“硒”的薄膜，卻能促進“η-型”的“銅銦鎵硒”薄膜，我們在退火爐內(nèi)放置小塊的或粉狀的“硒”，然后將鍍好“銅銦鎵硒”的基板，在這個帶有“硒”氣氛的退火爐內(nèi)進行300-500度C ;30至180分鐘的退火。 表1 “硒”蒸發(fā)壓力與溫度
攝氏(C)溫度硒蒸發(fā)壓力 (大氣)說明217-221硒熔點22710-527910-434610-343110-254010-16850.987硒沸點 圖3所示，其中一實施例，在實驗室操作的方法先在四寸直徑的石英管12內(nèi)，一頭放置已鍍上“銅銦鎵硒”薄膜的基板；另一頭，放置數(shù)克重的固態(tài)“硒”；跟著給石英管12 抽真空，密封，并按圖四的溫度曲線加熱；這樣，蒸發(fā)出來的“硒”，能使石英管12內(nèi)放置“銅銦鎵硒”薄膜基板14位置的范圍里，保持“硒”的氣氛，控制“硒”的流失，而在退火后，讓 “硒”氣氛在另一溫區(qū)冷凝。
權(quán)利要求1.一種銅銦鎵硒太陽能電池，其特征在于它包括鈉鈣玻璃基板(1)和銅銦鎵硒薄膜層(3)，銅銦鎵硒薄膜層(3)電鍍在鈉鈣玻璃基板(1)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅銦鎵硒太陽能電池，其特征在于所述鈉鈣玻璃基板(1) 和銅銦鎵硒薄膜層(3)中間鍍有約0.35微米厚鉬薄膜O)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅銦鎵硒太陽能電池，其特征在于所述銅銦鎵硒薄膜層(3) 的上表面設置“p-n結(jié)”區(qū)域(11)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅銦鎵硒太陽能電池，其特征在于所述銅銦鎵硒薄膜層(3) 上面鍍有0. 05微米厚的硫化鎘(4)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的銅銦鎵硒太陽能電池，其特征在于所述硫化鎘(4)上鍍有約0. 1微米厚的絕緣層氧化鋅(5)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的銅銦鎵硒太陽能電池，其特征在于所述氧化鋅( 上鍍有約0. 35微米厚的導電透明的氧化鋅參鋁(6)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的銅銦鎵硒太陽能電池，其特征在于所述氧化鋅參鋁(6)上表面鍍約0. 05微米厚的鎳(7)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的銅銦鎵硒太陽能電池，其特征在于所述鎳(7)上面設有約 3. 0微米厚鋁膜(8)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的銅銦鎵硒太陽能電池，其特征在于所述鋁膜(8)上面鍍有約0. 05微米厚保護鋁的一層保護鎳(9)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的銅銦鎵硒太陽能電池，其特征在于所述保護鎳(9)上面鍍有約1. 0至4. 0毫米厚的鈉鈣覆蓋玻璃(10)。
專利摘要本實用新型公開了一種銅銦鎵硒太陽能電池，它包括鈉鈣玻璃基板和銅銦鎵硒薄膜層，銅銦鎵硒薄膜層電鍍在鈉鈣玻璃基板上，本實用新型銅銦鎵硒太陽能電池采用“銅銦鎵硒”四元素合成固態(tài)靶材，在退火爐內(nèi)具有富裕的“硒”氣體氣氛，扼制“銅銦鎵硒”薄膜中“硒”的流失，保證了硒在整個“銅銦鎵硒”薄膜層間的均勻性，保證了高轉(zhuǎn)換率的“銅銦鎵硒”批量生產(chǎn)工藝，并方便快捷，生產(chǎn)過程不產(chǎn)生有毒氣體。
文檔編號H01L31/04GK202167501SQ20112014491
公開日2012年3月14日 申請日期2011年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月9日
發(fā)明者馬給民 申請人:東莞日陣薄膜光伏技術有限公司, 廣東凱盛光伏技術研究院有限公司, 廣東凱盛光電科技有限公司