專利名稱：太陽能電池吸收層薄膜結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及ー種銅銦鎵硒太陽能電池吸收層的結(jié)構(gòu)以及加工方法。
背景技術(shù)：
普通的銅銦鎵硒太陽能電池吸收層薄膜為單層結(jié)構(gòu)，僅具有単一的能隙寬度，這樣制成的太陽能電池的開路電壓較小，電池效率較低。為了充分吸收太陽光的能量，有人想到選擇具有不同禁止能隙寬度的化合物半導(dǎo)體材料進(jìn)行疊加，形成高效率的疊層太陽能電池。為了制造疊層太陽能電池，現(xiàn)有技術(shù)如申請(qǐng)?zhí)枮镃N200910006531.0、發(fā)明名稱為“銅銦鎵硒太陽能電池、其吸收層薄膜及該薄膜的制備方法、設(shè)備”的發(fā)明專利所提供的制備方法，第一歩先沉積銅、銦、鎵三元金屬薄膜，再蒸鍍上ー層硒薄膜形成納米量級(jí)的銅銦鎵硒薄膜結(jié)構(gòu)，Se蒸鍍?cè)吹臏囟葹?60 300°C，重復(fù)上述步驟10 50次；第二步再將疊加起來的銅銦鎵硒吸收層薄膜做快速退火處理，即得到微米量級(jí)的多晶銅銦鎵硒薄膜。另ー現(xiàn)有技術(shù)則如申請(qǐng)?zhí)枮镃N201010288543.X、發(fā)明名稱為“具有黃銅礦結(jié)構(gòu)、高光吸收系數(shù)的CIGS薄膜材料及制備方法”的發(fā)明專利，其公開了ー種具有黃銅礦結(jié)構(gòu)和高光吸收系數(shù)的CIGS薄膜材料及其制備方法，該薄膜材料具有化學(xué)式結(jié)構(gòu)為CuInxGa(1_x)Se2，其中，0.5<X< I。方法包括下述步驟:I)采用溶劑超聲波清洗玻璃基板5-30min后，在50-150°C烘干20-60min，待用；2)將步驟I)得到的玻璃基板置于真空室內(nèi)抽真空，當(dāng)真空度為(I 9) X 10_4Pa吋，開始依次真空蒸鍍Se、In、Ga、Cu四層薄膜；3)將真空蒸鍍后的玻璃基板進(jìn)行熱處理，于熱處理溫度為200 400°C、真空度為(I 9) X IO-4Pa的環(huán)境下加熱30min 2h ;即制得具有黃銅礦結(jié)構(gòu)和高光吸收系數(shù)的CIGS薄膜材料。上述已公開的專利技木，雖均采用了蒸鍍方法得到CIGS薄膜材料，但卻均需要后續(xù)的熱處理步驟才能得到最終的成品，而后續(xù)熱處理溫度偏高，不僅會(huì)使Se再次蒸發(fā)，讓部份Se揮發(fā)，使先前鍍上的硒比例減少，如此ー來該薄膜長(zhǎng)晶的晶粒遠(yuǎn)小于Ium或無法成長(zhǎng)成多晶的銅銦鎵硒薄膜，而且使疊層結(jié)構(gòu)被破壞，無法形成真正的疊層結(jié)構(gòu)銅銦鎵硒薄膜。
發(fā)明內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型的目的在于:提供一種太陽能電池吸收層薄膜結(jié)構(gòu)，解決現(xiàn)有疊層太陽能電池隨著能隙寬度的増加，光的吸收范圍減少了的問題。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案包括:一種太陽能電池吸收層薄膜結(jié)構(gòu)，其特征在干:包括依次疊置的第一薄膜層與第二薄膜層，所述第一薄膜層是CuInSe2薄膜層；所述第二薄膜層是CuInGaSe2薄膜層、CuInAlSe2薄膜層或者CuInBSe2薄膜層。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案還包括:一種太陽能電池吸收層薄膜結(jié)構(gòu)，其特征在干:包括依次疊置的第一薄膜層與第二薄膜層，所述第一薄膜層是CuInSe2薄膜層；所述第二薄膜層是CuInS2薄膜層或者CuInGaS2薄膜層。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案還包括:一種太陽能電池吸收層薄膜結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括依次疊置的第一薄膜層與第ニ薄膜層，所述第一薄膜層是CuInGaSe2薄膜層、CuInAlSe2薄膜層或者CuInBSe2薄膜層；所述第二薄膜層是CuInS2薄膜層或者CuInGaS2薄膜層。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案還包括:一種太陽能電池吸收層薄膜結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括疊置的三個(gè)薄膜層；其中ー個(gè)薄膜層是CuInSe2薄膜層；另外ー個(gè)薄膜層是CuInGaSe2薄膜層、CuInAlSe2薄膜層或者CuInBSe2薄膜層；余下ー個(gè)薄膜層是CuInS2薄膜層或者CuInGaS2薄膜層。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案還包括:本實(shí)用新型與單層結(jié)構(gòu)的銅銦鎵硒太陽能電池吸收層薄膜結(jié)構(gòu)相比較，不僅具有較佳的能隙寬度，又避免了光的吸收范圍減少，大大提高了太陽能電池吸收太陽能的效率。

圖1是本實(shí)用新型提供的銅銦鎵硒太陽能電池吸收層薄膜結(jié)構(gòu)的第一實(shí)施例；圖2是本實(shí)用新型提供的銅銦鎵硒太陽能電池吸收層薄膜結(jié)構(gòu)的第二實(shí)施例；圖3是本實(shí)用新型提供的銅銦鎵硒太陽能電池吸收層薄膜結(jié)構(gòu)的第三實(shí)施例；圖4是本實(shí)用新型提供的銅銦鎵硒太陽能電池吸收層薄膜結(jié)構(gòu)的第四實(shí)施例；圖5是本實(shí)用新型提供的銅銦鎵硒太陽能電池吸收層薄膜結(jié)構(gòu)的第五實(shí)施例；圖6是本實(shí)用新型提供的銅銦鎵硒太陽能電池吸收層薄膜結(jié)構(gòu)的第六實(shí)施例。
具體實(shí)施方式
以下，將結(jié)合附圖，說明本實(shí)用新型所提供的銅銦鎵硒太陽能電池吸收層薄膜結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及形成方法。所述的銅銦鎵硒太陽能電池吸收層薄膜結(jié)構(gòu)，如圖1所示，包括依次疊置的CuInSe2薄膜層、CuInGaSe2薄膜層(或者CuInAlSe2薄膜層、或者CuInBSe2薄膜層)以及CuInS2薄膜層(或者CuInGaS2薄膜層)，至于所述吸收層薄膜兩側(cè)所需設(shè)置的緩沖、導(dǎo)電、電極層和基板，均與現(xiàn)有技術(shù)無異，因此在附圖中沒有繪制出來。而所述銅銦鎵硒太陽能電池吸收層薄膜結(jié)構(gòu)的制造方法包括如下步驟:步驟1、制備所述CuInSe2薄膜層,其又包括如下步驟:1.l、In+Se2 共蒸鍍利用高純度(3N-5N，99.9%—99.999%)的In靶材和Se靶材作為獨(dú)立的源材料，在電子束或電阻加熱作用下，在300°C _400°C的Se蒸氣中蒸發(fā)In和Se,通過控制各自的蒸發(fā)速率、蒸發(fā)量、均勻度、溫度、濕度、潔凈度、載氣流量……等參數(shù)，在具有Mo鍍層的基板上形成In2Se3。Se的熔點(diǎn)是221°C，In的熔點(diǎn)是156.76°C，故加熱后In會(huì)先熔解，Se后熔解。所述基板的材質(zhì)可選玻璃、不銹鋼板、鈦金屬板或高分子聚合物板。當(dāng)然，上述步驟1.1中相互獨(dú)立的In靶材和Se靶材，也可以用預(yù)制的有確定混合比例的In、Se混合靶材來取代，這樣的話，不用特意控制蒸發(fā)速率也可以得到In2Se3。1.2、Cu+Se2 共蒸鍍利用高純度的Cu靶材和Se靶材作為獨(dú)立的源材料，在基板溫度為400°C _550°C的情況下，在電子束或電阻加熱作用下，在Se蒸氣中蒸發(fā)Cu，通過控制各自的蒸發(fā)速率、蒸發(fā)量、均勻度、溫度、濕度、潔凈度、載氣流量……等參數(shù)，使所述In2Se3成為富Cu的CuxIn2Se3 薄膜(其中，x=0.6 0.7 )。l.3、In+Se2 共蒸鍍由于In的熔點(diǎn)為156°C，所以在上述步驟時(shí)會(huì)損失ー些In，因此本步驟中用于補(bǔ)充ー些In的含量。其是利用高純度的In靶材和Se靶材作為獨(dú)立的源材料，在基板溫度為350°C -450°C的條件下，在電子束或電阻加熱作用下，在Se蒸氣中再蒸發(fā)微量的In和Se(例如In 0.3^0.5mol, Se 0.5^1.0mol )，使所述CuxIn2Se3薄膜中的各元素比例進(jìn)行適度調(diào)整，以控制多晶薄膜的導(dǎo)電類型和載流子濃度。1.4、通過上述步驟即可制得三元化合物半導(dǎo)體CuaInbSe2薄膜層，其中:b>a，0〈a〈l，0〈b〈l，其能隙寬度約為1.03eV 1.05eV。步驟2、制備所述CuInGaSe2薄膜層(或者CuInAlSe2薄膜層、或者CuInBSe2薄膜層)包括如下步驟:2.1、In+Ga+Se2 蒸鍍利用利用高純度的In靶材、Ga靶材和Se靶材作為獨(dú)立的源材料，在電子束或電阻加熱作用下，在300°C -400°C的Se蒸氣中先后蒸發(fā)In和Ga，通過控制各自的蒸發(fā)速率等參數(shù)，在所述三元化合物半導(dǎo) 體CuaInbSe2薄膜層上形成In2Se3和Ga2Se3。2.2、Cu+Se2 共蒸鍍利用高純度的Cu靶材和Se靶材作為獨(dú)立的源材料，在電子束或電阻加熱作用下，在基板溫度400°C _550°C的條件下，在Se蒸氣中蒸發(fā)Cu，使所述In2Se3和Ga2Se3結(jié)合為富Cu 的 CuInGaSe2 薄膜。2.3、In+Ga+Se2 共蒸鍍(In+Al+Se2 共蒸鍍或 In+B+Se2 共蒸鍍)利用高純度的In靶材、Ga靶材和Se靶材作為獨(dú)立的源材料，在電子束或電阻加熱作用下，在基板溫度400°C -600°C的條件下，在Se蒸氣中再蒸發(fā)微量的In和Ga，調(diào)節(jié)所述CuInGaSe2薄膜的元素摩爾比，以控制CuInGaSe2薄膜的導(dǎo)電類型和載流子濃度。所述CuInSe2多晶薄膜表面Ga的梯度分布，可以提高電池的開路電壓。上述步驟2.3中，Ga靶材若被Al靶材或者B靶材所取代，即形成所述CuaInbAl1^bSe2 或者所述 CuaInbB1^bSe202.4、如此，即在所述三元化合物半導(dǎo)體CuaInbSe2上形成CuaInbGa1^3Se2薄膜層(或者CuaInbAln3Se2薄膜層，或者CuaInbB^Se2薄膜層)，其中:b>a，0〈a〈l，0〈b〈l，其能隙寬度均介于1.02 1.68eV之間，視Ga、Al或B的濃度不同而變化。步驟3、在所述CuaInbGa1^Se2薄膜層上制備所述CuInS2薄膜層(或者CuInGaS2薄膜層)包括如下步驟:3.1、In+Ga (可省略)+S2 共蒸鍍利用高純度的In靶材、Ga靶材(可省略)和S靶材作為獨(dú)立的源材料，在電子束或電阻加熱作用下，在300°C -400°C的S蒸氣中先后蒸發(fā)In和Ga，通過控制各自的蒸發(fā)速率等參數(shù)，在所述CuJnbGa^Ses薄膜上形成In2S3和Ga2S3。另外，上述步驟3.1中的Ga若省略，則僅得到In2S3。3.2、Cu+S2 共蒸鍍利用高純度的Cu靶材和S靶材作為獨(dú)立的源材料，在電子束或電阻加熱作用下，在基板溫度400°C -550°C的條件下，在S蒸氣中蒸發(fā)Cu，使所述In2S3和Ga2S3成為富Cu的CuInGaS 薄膜。另外，上述步驟3.1中的Ga若省略，則此處僅得到CuInS薄膜。3.3、In+Ga (可省略)+S2 共蒸鍍利用高純度的In靶材、Ga靶材和S靶材作為獨(dú)立的源材料，在電子束或電阻加熱作用下，在基板溫度400°C -600°C的條件下，在S蒸氣中再蒸發(fā)微量的In和Ga，形成CuInGaS薄膜。通過控制S祀材的蒸發(fā)速率,可以控制CuInGaS薄膜的導(dǎo)電類型和載流子濃度。所述CuInGaS薄膜表面Ga的梯度分布，可以提高電池的開路電壓。另外，若上述步驟3.1中的Ga省略，則此處僅得到CuInS2薄膜。3.4、如此，制得CuaInbS2薄膜層或者CuaInbGaSe薄膜層，其中0〈a〈l，0〈b〈l，其能隙寬度約為1.5eV。
步驟4:如此，即完成銅銦鎵硒太陽能電池吸收層薄膜結(jié)構(gòu)的制備。本實(shí)用新型提供的銅銦鎵硒太陽能電池吸收層薄膜結(jié)構(gòu)，其與單層結(jié)構(gòu)的銅銦鎵硒太陽能電池吸收層薄膜結(jié)構(gòu)相比較，不僅具有較佳的能隙寬度，又避免了光的吸收范圍減少，大大提高了太陽能電池吸收太陽能的效率。本領(lǐng)域技術(shù)人員在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上還可以做出各種等效變化，例如，所述銅銦鎵硒太陽能電池吸收層薄膜結(jié)構(gòu)，其CuInSe2薄膜層、CuInGaSe2薄膜層(或者CuInAlSe2薄膜層、或者CuInBSe2薄膜層)以及CuInS2薄膜層(或者CuInGaS2薄膜層)，三個(gè)薄膜層之間的相對(duì)位置關(guān)系可以隨意變換，具體組合方式請(qǐng)參閱圖2、圖3所示。而且，所述銅銦鎵硒太陽能電池吸收層薄膜結(jié)構(gòu)，也可以僅包括=CuInSe2薄膜層、CuInGaSe2薄膜層(或者CuInAlSe2薄膜層、或者CuInBSe2薄膜層)以及CuInS2薄膜層(或者CuInGaS2薄膜層)中的任意兩個(gè)薄膜層，所述兩個(gè)薄膜層的具體組合方式請(qǐng)參閱圖4、圖5、圖6所示。以上說明對(duì)本實(shí)用新型而言只是說明性的，而非限制性的，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解，在不脫離權(quán)利要求所限定的精神和范圍的情況下，可做出許多修改、變化或等效，但都將落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種太陽能電池吸收層薄膜結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括依次疊置的第一薄膜層與第二薄膜層，所述第一薄膜層是CuInSe2薄膜層；所述第二薄膜層是CuInGaSe2薄膜層、CuInAlSe2薄膜層或者CuInBSe2薄膜層。
2.一種太陽能電池吸收層薄膜結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括依次疊置的第一薄膜層與第二薄膜層，所述第一薄膜層是CuInSe2薄膜層；所述第二薄膜層是CuInS2薄膜層或者CuInGaS2薄膜層。
3.一種太陽能電池吸收層薄膜結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括依次疊置的第一薄膜層與第二薄膜層，所述第一薄膜層是CuInGaSe2薄膜層、CuInAlSe2薄膜層或者CuInBSe2薄膜層；所述第二薄膜層是CuInS2薄膜層或者CuInGaS2薄膜層。
4.一種太陽能電池吸收層薄膜結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括疊置的三個(gè)薄膜層； 其中ー個(gè)薄膜層是CuInSe2薄膜層； 另外ー個(gè)薄膜層是CuInGaSe2薄膜層、CuInAlSe2薄膜層或者CuInBSe2薄膜層； 余下ー個(gè)薄膜層是CuInS2薄膜層或者CuInGaS2薄膜層。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種太陽能電池吸收層薄膜結(jié)構(gòu)，所述薄膜結(jié)構(gòu)包括疊置的三個(gè)薄膜層；其中一個(gè)薄膜層是CuInSe2薄膜層；另外一個(gè)薄膜層是CuInGaSe2薄膜層、CuInAlSe2薄膜層或者CuInBSe2薄膜層；余下一個(gè)薄膜層是CuInS2薄膜層或者CuInGaS2薄膜層。本實(shí)用新型也可以由上述三個(gè)薄膜層中的任意兩個(gè)疊置而成。本實(shí)用新型提供的銅銦鎵硒太陽能電池吸收層薄膜結(jié)構(gòu)，其與單層結(jié)構(gòu)的銅銦鎵硒太陽能電池吸收層薄膜結(jié)構(gòu)相比較，不僅具有較佳的能隙寬度，又避免了光的吸收范圍減少，大大提高了太陽能電池吸收太陽能的效率。
文檔編號(hào)H01L31/0352GK202917501SQ20122053222
公開日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2012年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月17日
發(fā)明者謝祥淵, 周德才 申請(qǐng)人:廣東金光伏能源投資有限公司