一種cigs基薄膜光伏材料的鈉摻雜方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種CIGS基薄膜光伏材料的鈉摻雜方法。其中包括一襯底，覆蓋襯底表面的阻擋層，覆蓋阻擋層的金屬背電極層，覆蓋金屬背電極層的光吸收層，覆蓋光吸收層的緩沖層，覆蓋緩沖層的透明導電窗口層。其中通過沉積Ga-Na合金材料的方法對光吸收進行鈉摻雜，光吸收層經過熱處理，以便形成銅與（銦+鎵）原子比為0.84-0.99的含鈉光吸收層材料。
【專利說明】一種CIGS基薄膜光伏材料的鈉摻雜方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及薄膜太陽能電池【技術領域】，更具體的，本發(fā)明提供一種CIGS基薄膜光伏材料的鈉摻雜的方法和結構。
【背景技術】
[0002]隨著全球氣候變暖、生態(tài)環(huán)境惡化和常規(guī)能源的短缺，越來越多的國家開始大力發(fā)展太陽能利用技術。太陽能光伏發(fā)電是零排放的清潔能源，具有安全可靠、無噪音、無污染、資源取之不盡、建設周期短、使用壽命長等優(yōu)勢，因而備受關注。銅銦鎵硒(CIGS)是一種直接帶隙的P型半導體材料，其吸收系數(shù)高達105/cm，2um厚的銅銦鎵硒薄膜就可吸收90%以上的太陽光。CIGS薄膜的帶隙從1.04eV到1.67eV范圍內連續(xù)可調，可實現(xiàn)與太陽光譜的最佳匹配。銅銦鎵硒薄膜太陽電池作為新一代的薄膜電池具有成本低、性能穩(wěn)定、抗輻射能力強、弱光也能發(fā)電等優(yōu)點，其轉換效率在薄膜太陽能電池中是最高的，可接近20%的轉化率，因此日本、德國、美國等國家都投入巨資進行研究和產業(yè)化。
[0003]太陽能在環(huán)境上是清潔的并且從某種角度上已經成功，但是，在使其進入普通百姓的家庭之前，仍有許多問題有待解決。例如，單晶硅太陽能電池能夠將光能轉化為電能，然而，單晶硅材料是比較昂貴的。在使用薄膜技術制造太陽能電池時，也存在一些問題，如薄膜的可靠性較差，并且在傳統(tǒng)的環(huán)境應用中不能長時間使用，薄膜難以彼此有效的結合
在一起等。
[0004]為提高CIGS基薄膜電池的轉換效率，有必要將堿金屬摻雜到CIGS光吸收層中，研究表明，鈉的摻雜對CIGS基薄膜電池的轉換效率提升最大，接著是鉀和鋰。在光吸收層中比較典型的鈉濃度為0.1&丨％數(shù)量級。
[0005]中國專利CN200580011949.0公開了對光吸收層的堿金屬摻雜方法，即在Mo電極層上形成Na浸潰層，接著在其上再形成CIGS光吸收層。此種方法會存在以下問題:1)使用堿稀釋溶液在Mo電極層上形成Na浸潰層會造成工藝的復雜化；2)在Mo電極層與CIGS光吸收層之間形成Na浸潰層，會造成Mo電極層與CIGS光吸收層之間的粘結不牢固，容易使膜層剝落；3)在Mo電極層與CIGS光吸收層之間形成Na浸潰層，在經過硒化或硫化工序之后，其表面會出現(xiàn)斑點，這會使產品的外觀大為受損而導致商品價值下降。
[0006]中國專利CN200580014778.7公開了一種黃銅礦型薄膜太陽能電池的制造方法，該方法由如下工序組成:第一工序是在Mo電極層上形成通過濺射法而層疊了 In金屬層和Cu-Ga合金層的前驅物質；第二工序為在前驅物質上附著堿金屬含有液，形成一含堿層，該含堿層為四硼酸鈉；第三工序是對其進行硒化處理，從而形成CIGS光吸收層。該專利公開的方法可以解決Mo電極層與CIGS光吸收之間粘結不牢的問題，且硒化后其外觀不會出現(xiàn)斑點問題，但是該專利用四硼酸鈉對CIGS光吸收層進行堿摻雜的過程，硼元素會擴散進入CIGS光吸收層，會使CIGS光吸收層受到毒化，從而使電池的性能下降。該專利使用濕法對CIGS光吸收層進行堿金屬的摻雜，會使整個工藝復雜化。
【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明的主要目的在于解決現(xiàn)有技術中存在的問題:在CIGS光吸收層進行堿摻雜過程中，l)Mo電極層與CIGS光吸收層粘結不牢，2)硒化或硫化后其表面會出現(xiàn)斑點影響其外觀，3)引入能夠毒化CIGS光吸收層的硼元素，造成電池性能下降，4)工藝實現(xiàn)的復雜化。
[0008]本發(fā)明為解決現(xiàn)有技術中存在的問題采用如下技術方案:使用包含58_82at%Ga和18-42at%Na的鎵鈉合金材料沉積薄膜，使其對CIGS基薄膜光伏材料的光吸收層進行鈉摻雜。所述的鎵鈉合金材料的Ga含量優(yōu)選為62-78at%，Na含量優(yōu)選為22_38at% ;鎵鈉合金材料的Ga含量更優(yōu)選為65_75at%，Na含量更優(yōu)選為25_35at% ;鎵鈉合金材料的Ga含量最優(yōu)選為70at%，Na含量最優(yōu)選為30at% ;鎵鈉合金材料可通過濺射沉積薄膜、真空蒸鍍沉積薄膜或用別的其它合適的沉積方法沉積薄膜。所述的光吸收層為銅銦鎵硒、銅銦鎵硫或銅銦鎵硒硫。
[0009]本發(fā)明的一種用于形成CIGS基薄膜光伏材料的結構，其特征在于:所述結構包含具有表面的襯底和覆蓋所述襯底表面的阻擋層；覆蓋所述阻擋層的金屬背電極層；覆蓋所述金屬背電極層的含鈉光吸收層，所述含鈉光吸收層是通過使用含58-82at%Ga和18-42at%Na的鎵鈉合金材料沉積薄膜，使其對光吸收層進行鈉摻雜；覆蓋所述含鈉光吸收層的緩沖層；覆蓋所述緩沖層的透明導電窗口層。所述襯底為鈉鈣玻璃襯底、不銹鋼薄板、聚酰亞胺板或鋁薄板。所述阻擋層由氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氮化鈦、氧化鈦、氮氧化鈦、氮氧化錯、氧化錯、氮化錯、氮化招、氧化招、氧化娃招、氮化娃招、氮氧化娃招、鋅錫氧化物中的一種或它們的混合物組成，或由硅、鋯和鈦中的至少一種元素與鑰組成的至少兩種元素的氧化物、氮化物或氮氧化物組成，或者由別的可用于做阻擋層的材料組成。所述金屬背電極層為鑰電極層、鈦電極層或鉻電極層，所述金屬背電極層可由一層或多層膜層組成；所述金屬背電極層優(yōu)選為鑰電極層。所述含鈉光吸收層為具有黃銅礦結構的含鈉的銅銦鎵硒膜層、含鈉的銅銦鎵硫膜層或含鈉的銅銦鎵硒硫膜層；在含鈉光吸收層中鈉的含量為
0.02-1.0at%，鈉的含量優(yōu)選為0.02-0.7at%，鈉的含量更優(yōu)選為0.05-0.4at%，鈉的含量最優(yōu)選為0.07-0.3at%。所述緩沖層選用硫化鎘、氧化鋅、硫化鋅、硫化銦或鋅鎂氧化物中的一種或兩種以上。所述透明導電窗口層選用氧化銦摻雜錫、氧化鋅摻雜鋁、氧化鋅摻雜鎵、氧化鋅摻雜銦、氧化錫摻雜氟、氧化錫摻雜銻中的一種或兩種以上透明導電膜，或別的其它透明導電膜。
[0010]本發(fā)明提供了一種CIGS基薄膜光伏材料的鈉摻雜方法，即使用鎵-鈉合金材料沉積鍍膜，完成對CIGS光吸收層的鈉摻雜，這可以實現(xiàn)對CIGS光吸收層中鈉含量的精確控制，此工藝與背電極層、CIGS光吸收層的預制層的工藝相匹配。
[0011]與現(xiàn)有技術相比本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
[0012]1、使用包含58_82at%Ga和18_42at%Na的鎵鈉合金材料沉積鍍膜，使其對CIGS基薄膜光伏材料的光吸收層進行鈉摻雜，此種方法可以使光吸收層的鈉摻雜量實現(xiàn)精確控制，有利于光吸收膜層的晶粒生長。
[0013]2、使用包含58_82at%Ga和18_42at%Na的鎵鈉合金材料沉積鍍膜，使其對CIGS基薄膜光伏材料的光吸收層進行鈉摻雜，此濺射沉積方法與光吸收層的金屬預制層銅銦鎵的形成工藝相匹配。[0014]3、使用包含58_82at%Ga和18_42at%Na的鎵鈉合金材料沉積鍍膜，使其對CIGS基薄膜光伏材料的光吸收層進行鈉摻雜，此種鈉摻雜方法不會出現(xiàn)Mo電極層與CIGS光吸收層之間粘結不牢固的問題。
[0015]4、使用包含58_82at%Ga和18_42at%Na的鎵鈉合金材料沉積鍍膜，使其對CIGS基薄膜光伏材料的光吸收層進行鈉摻雜，此種鈉摻雜方法使光吸收層經過硒化或硫化處理之后，在其表面不會出現(xiàn)斑點，不會對其外觀質量產生不利影響。
[0016]5、使用包含58_82at%Ga和18_42at%Na的鎵鈉合金材料沉積鍍膜，使其對CIGS基薄膜光伏材料的光吸收層進行鈉摻雜，此鈉摻雜方法不會引入別的元素進入光吸收層，從而避免有害元素對光吸收層的毒化，避免光吸收層性能受到不利的影響。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明銅銦鎵硒薄膜太陽能電池的多層膜結構示意圖；
[0018]圖2為本發(fā)明含鈉預制層的一種結構示意圖；
[0019]圖3為本發(fā)明含鈉預制層的另一結構示意圖；
[0020]圖4為本發(fā)明含鈉預制層的再一結構示意圖。
【具體實施方式】
[0021]下面結合具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。
[0022]在此先定義，本發(fā)明中的原子百分比含量在整個說明書中都用“at% ”表示，重量百分比含量在整個說明書中都用“wt%”表示；本發(fā)明中的CIGS光吸收層的預制層是指銅銦鎵合金膜層、銅銦鎵硒膜層、銅銦鎵硒硫膜層、銅銦鎵硫膜層或銅銦合金膜層，預制層可由一層或多層膜組成，在本發(fā)明的整個說明書及權利要求中都是如此。
[0023]正如眾所周知的，在基板上沉積光伏材料，光伏材料的晶粒生長受益于鈉物質的存在。然而，已經知道，對CIGS光吸收層的鈉摻雜有多種形式:如可直接使用鈉鈣玻璃作為基板，在硒化過程中玻璃基板中的鈉擴散進入CIGS光吸收層，完成對CIGS光吸收層的鈉摻雜，由鈉鈣玻璃基板供給鈉物質給CIGS光吸收層的量不能實現(xiàn)精確控制，過量的鈉摻雜將會弓I起光伏材料結晶的晶粒結構劣化和電池的開路電壓、短路電流的降低；有的在背電極層中摻雜含堿的化合物，有的在背電極層上使用濕法沉積一層含鈉物質層，有的在光吸收層的預制層上使用濕法沉積一層含鈉物質層，有的在光吸收層的預制層的沉積過程中摻入含鈉的化合物，這些摻雜方式可以實現(xiàn)對CIGS光吸收層堿摻雜量的精確控制，但是這些堿摻雜方式有的會使工序復雜化，有的會影響膜層之間的粘結牢固性，有的會引入一些別的有害元素影響CIGS光吸收層的性能。
[0024]根據本發(fā)明的實施方式，在形成CIGS或CIGSS化合物材料期間，使用鎵鈉合金材料沉積形成的鎵鈉膜層在幫助多晶黃銅礦結構顆粒生長中起著重要的作用。本發(fā)明的實施方式可以實現(xiàn)對CIGS光吸收層的鈉摻雜量的精確控制，在受控摻雜濃度下的鈉離子幫助黃銅礦顆粒以相對大尺寸生長可以達到幾微米。本發(fā)明的實施方式在對CIGS光吸收層進行鈉摻雜的時，不引入別的有害元素，同時使用濺射工藝沉積使之與CIGS光吸收層的預制層的沉積工藝相匹配，不會造成制作工序復雜化，也不會使背電極層與光吸收層之間的層間粘結性能下降。[0025]本發(fā)明的薄膜電池結構如圖1所示，本發(fā)明的實施方式至少可以有如下幾種情況:I)在背電極層上沉積一層鎵鈉合金膜層，接著在鎵鈉合金膜層上形成CIGS光吸收層的預制層；2)在CIGS光吸收層的預制層上沉積一層鎵鈉合金膜層；3)當CIGS光吸收層的預制層由多層膜組成時，在預制層當中插入一層鎵鈉合金膜層。
[0026]以下涉及的實施例，均是在干凈的襯底表面上依次沉積上各膜層。
[0027]實施例1
[0028]在一襯底為鈉鈣玻璃上采用磁控濺射沉積50nm的氧化硅膜層；接著在氧化硅膜層上采用磁控濺射沉積SOOnm的金屬鑰電極層；接著在鑰電極層上采用磁控濺射依次沉積鎵鈉合金膜層、銅銦鎵金屬預制層，使鎵鈉合金膜層和銅銦鎵金屬預制層的總厚度為
1.2um，使用含鎵70at%Ga和30at%Na的鎵鈉合金靶材濺射沉積鎵鈉合金膜層；然后將其放入到加熱爐中進行硒化熱處理，從而形成具有黃銅礦結構的銅銦鎵二硒含鈉光吸收層；在含鈉光吸收層上采用化學浴(CBD)方法沉積40nm的CdS膜層作為緩沖層；在緩沖層上采用脈沖直流派射沉積40nm的本征ZnO膜層；在本征ZnO膜層上采用磁控派射沉積800nmAZ0(Al摻雜ZnO)膜層作為透明導電窗口層。本實施例的含鈉預制層的結構如圖2所示。
[0029]經過硒化熱處理后，CIGS光吸收層與背電極鑰層之間不會出現(xiàn)膜層剝落問題；經過對含鈉CIGS光吸收層的測試，其晶粒尺寸達到Ium以上，在CIGS光吸收層中鈉的含量為
0.18at%;對電池的測試，其光電轉換效率為15.1%;電池的外觀顏色均勻，沒有出現(xiàn)斑點。
[0030]對比例I
[0031]在一襯底為鈉鈣玻璃上采用磁控濺射沉積SOOnm的金屬鑰電極層；接著在鑰電極層上采用磁控濺射沉積銅銦鎵金屬預制層，使銅銦鎵金屬預制層的總厚度為1.2um ;然后將其放入到加熱爐中進行硒化熱處理，從而形成具有黃銅礦結構的銅銦鎵二硒含鈉光吸收層；在含鈉光吸收層上采用化學浴(CBD)方法沉積40nm的CdS膜層作為緩沖層；在緩沖層上采用脈沖直流濺射沉積40nm的本征ZnO膜層；在本征ZnO膜層上采用磁控濺射沉積800nmAZ0 (Al摻雜ZnO)膜層作為透明導電窗口層。
[0032]經過硒化熱處理后，CIGS光吸收層與背電極鑰層之間不會出現(xiàn)膜層剝落問題；經過對含鈉CIGS光吸收層的測試，其晶粒尺寸達到400nm左右，在CIGS光吸收層中鈉的含量不均勻，有的區(qū)域高，有的區(qū)域低；對電池的測試，其光電轉換效率為8.3% ;電池的外觀顏色不均勻，有的地方出現(xiàn)了斑點。
[0033]從實施例1與對比例I對比可知，使用本發(fā)明的方法實現(xiàn)對CIGS光吸收層進行均勻的鈉摻雜，從而促進CIGS晶粒的均勻生長，提高電池的轉換效率，使電池的外觀顏色均勻。
[0034]對比例2
[0035]在一襯底為鈉I丐玻璃上米用磁控派射沉積800nm的金屬鑰電極層；接著將沉積由鑰電極層的鈉鈣玻璃浸潰到濃度為0.8wt%的硫化鈉稀釋溶液中后，通過旋轉脫水對附著的水溶液進行干燥，形成一層硫化鈉薄膜層；接著在硫化鈉膜層上采用磁控濺射沉積銅銦鎵金屬預制層，使銅銦鎵金屬預制層的總厚度為1.2um ;然后將其放入到加熱爐中進行硒化熱處理，從而形成具有黃銅礦結構的銅銦鎵二硒含鈉光吸收層；在含鈉光吸收層上采用化學浴(CBD)方法沉積40nm的CdS膜層作為緩沖層；在緩沖層上采用脈沖直流濺射沉積40nm的本征ZnO膜層；在本征ZnO膜層上采用磁控濺射沉積800nmAZ0 (Al摻雜ZnO)膜層作為透明導電窗口層。
[0036]經過硒化熱處理后，CIGS光吸收層與背電極鑰層之間一些區(qū)域會出現(xiàn)膜層剝落問題；經過對含鈉CIGS光吸收層的測試，其晶粒尺寸達到900nm左右，在CIGS光吸收層中鈉的含量0.12at% ;對電池的測試，其光電轉換效率為10.8% ;電池的外觀顏色不均勻，有的地方出現(xiàn)了斑點。
[0037]從實施例1與對比例2對比可知，使用本發(fā)明的方法實現(xiàn)對CIGS光吸收層進行均勻的鈉摻雜，從而促進CIGS晶粒的均勻生長，提高電池的轉換效率，CIGS光吸收層與鑰電極層之間不會出現(xiàn)膜層剝落問題，電池的外觀顏色均勻，沒有出現(xiàn)斑點。
[0038]實施例2
[0039]在一襯底為鈉鈣玻璃上采用磁控濺射沉積20nm的氧化鈦膜層；接著在氧化鈦膜層上采用磁控濺射沉積SOOnm的金屬鑰電極層；接著在鑰電極層上采用磁控濺射依次沉積銅銦鎵金屬預制層、鎵鈉合金膜層、銅銦鎵金屬預制層，使鎵鈉合金膜層和銅銦鎵金屬預制層的總厚度為1.2um，使用含鎵80at%Ga和20at%Na的鎵鈉合金靶材濺射沉積鎵鈉合金膜層；然后將其放入到加熱爐中進行硒化熱處理，從而形成具有黃銅礦結構的銅銦鎵二硒含鈉光吸收層；在含鈉光吸收層上采用化學浴(CBD)方法沉積40nm的CdS膜層作為緩沖層；在緩沖層上采用脈沖直流濺射沉積40nm的本征ZnO膜層；在本征ZnO膜層上采用磁控濺射沉積800nmAZ0 (Al摻雜ZnO)膜層作為透明導電窗口層。本實施例的含鈉預制層的結構如圖3所示。
[0040]經過硒化熱處理后，CIGS光吸收層與背電極鑰層之間不會出現(xiàn)膜層剝落問題；經過對含鈉CIGS光吸收層的測試，其晶粒尺寸達到950nm以上，在CIGS光吸收層中鈉的含量為0.08at% ;對電池的測試，其光電轉換效率為14.2% ;電池的外觀顏色均勻，沒有出現(xiàn)斑點。
[0041]實施例3
[0042]在一襯底為鈉鈣玻璃上采用磁控濺射沉積20nm的氧化鋯膜層；接著在氧化鋯膜層上采用磁控濺射先沉積50nm的具有拉伸應力的金屬鑰電極層，接著沉積一層500nm的具有壓縮應力的金屬鑰電極層，由雙層鑰電極層組成金屬背電極層；接著在金屬背電極層上采用磁控濺射依次沉積銅銦鎵金屬預制層、鎵鈉合金膜層，使鎵鈉合金膜層和銅銦鎵金屬預制層的總厚度為1.2um，使用含鎵62at%Ga和38at%Na的鎵鈉合金靶材濺射沉積鎵鈉合金膜層；然后將其放入到加熱爐中進行硒化熱處理，從而形成具有黃銅礦結構的銅銦鎵二硒含鈉光吸收層；在含鈉光吸收層上采用化學浴(CBD)方法沉積40nm的CdS膜層作為緩沖層；在緩沖層上采用脈沖直流濺射沉積40nm的本征ZnO膜層；在本征ZnO膜層上采用磁控濺射沉積SOOnmAZO (Al摻雜ZnO)膜層作為透明導電窗口層。本實施例的含鈉預制層的結構如圖4所示。
[0043]經過硒化熱處理后，CIGS光吸收層與背電極鑰層之間不會出現(xiàn)膜層剝落問題；經過對含鈉CIGS光吸收層的測試，其晶粒尺寸達到920nm以上，在CIGS光吸收層中鈉的含量為0.06at% ;對電池的測試，其光電轉換效率為13.6% ;電池的外觀顏色均勻，沒有出現(xiàn)斑點。
[0044]實施例4
[0045]在一襯底為不銹鋼薄板上采用磁控濺射沉積50nm的氮氧化硅膜層；接著在氮氧化硅膜層上采用磁控濺射沉積SOOnm的金屬鑰電極層；接著在鑰電極層上采用磁控濺射依次沉積鎵鈉合金膜層、銅銦鎵金屬預制層，使鎵鈉合金膜層和銅銦鎵金屬預制層的總厚度為1.2um，使用含鎵70at%Ga和30at%Na的鎵鈉合金靶材濺射沉積鎵鈉合金膜層；然后將其放入到加熱爐中進行硫化熱處理，從而形成具有黃銅礦結構的銅銦鎵二硒含鈉光吸收層；在含鈉光吸收層上采用化學浴(CBD)方法沉積40nm的CdS膜層作為緩沖層；在緩沖層上采用脈沖直流濺射沉積40nm的本征ZnO膜層；在本征ZnO膜層上采用磁控濺射沉積SOOnmAZO(Al摻雜ZnO)膜層作為透明導電窗口層。
[0046]經過硒化熱處理后，CIGS光吸收層與背電極鑰層之間不會出現(xiàn)膜層剝落問題；經過對含鈉CIGS光吸收層的測試，其晶粒尺寸達到800nm以上，在CIGS光吸收層中鈉的含量為0.04at% ;對電池的測試，其光電轉換效率為12.1% ;電池的外觀顏色均勻，沒有出現(xiàn)斑點。
[0047]實施例5
[0048]在一襯底為鋁薄板上采用磁控濺射沉積50nm的氮氧化硅膜層；接著在氮氧化硅膜層上采用磁控濺射先沉積50nm的具有拉伸應力的金屬鑰電極層，接著沉積一層500nm的具有壓縮應力的金屬鑰電極層，由雙層鑰電極層組成金屬背電極層；接著在金屬背電極層上采用磁控濺射依次沉積銅銦鎵金屬預制層、鎵鈉合金膜層、銅銦鎵金屬預制層，使鎵鈉合金膜層和銅銦鎵金屬預制層的總厚度為1.2um,使用含鎵70at%Ga和30at%Na的鎵鈉合金靶材濺射沉積鎵鈉合金膜層；然后將其放入到加熱爐中進行硫化熱處理，從而形成具有黃銅礦結構的銅銦鎵二硒含鈉光吸收層；在含鈉光吸收層上采用化學浴(CBD)方法沉積40nm的CdS膜層作為緩沖層；在緩沖層上采用脈沖直流濺射沉積40nm的本征ZnO膜層；在本征ZnO膜層上采用磁控濺射沉積800nmAZ0 (Al摻雜ZnO)膜層作為透明導電窗口層。
[0049]經過硒化熱處理后，CIGS光吸收層與背電極鑰層之間不會出現(xiàn)膜層剝落問題；經過對含鈉CIGS光吸收層的測試，其晶粒尺寸達到820nm以上，在CIGS光吸收層中鈉的含量為0.05at% ;對電池的測試，其光電轉換效率為10.2% ;電池的外觀顏色均勻，沒有出現(xiàn)斑點。
[0050]實施例6
[0051]在一襯底為聚酰亞胺板上采用磁控濺射沉積50nm的氮氧化硅膜層；接著在氮氧化硅膜層上采用磁控濺射先沉積60nm的具有拉伸應力的金屬鑰電極層，接著沉積一層600nm的具有壓縮應力的金屬鑰電極層，由雙層鑰電極層組成金屬背電極層；接著在金屬背電極層上采用磁控濺射依次沉積銅銦鎵金屬預制層、鎵鈉合金膜層、銅銦鎵金屬預制層，使鎵鈉合金膜層和銅銦鎵金屬預制層的總厚度為1.2um,使用含鎵80at%Ga和20at%Na的鎵鈉合金靶材濺射沉積鎵鈉合金膜層；然后將其放入到加熱爐中進行硫化熱處理，從而形成具有黃銅礦結構的銅銦鎵二硒含鈉光吸收層；在含鈉光吸收層上采用化學浴(CBD)方法沉積40nm的CdS膜層作為緩沖層；在緩沖層上采用脈沖直流濺射沉積40nm的本征ZnO膜層；在本征ZnO膜層上采用磁控濺射沉積SOOnmAZO (Al摻雜ZnO)膜層作為透明導電窗口層。
[0052]經過硒化熱處理后，CIGS光吸收層與背電極鑰層之間不會出現(xiàn)膜層剝落問題；經過對含鈉CIGS光吸收層的測試，其晶粒尺寸達到890nm以上，在CIGS光吸收層中鈉的含量為0.4at% ;對電池的測試，其光電轉換效率為11.4% ;電池的外觀顏色均勻，沒有出現(xiàn)斑點。
【權利要求】
1.一種CIGS基薄膜光伏材料的鈉摻雜方法，其特征在于:使用包含58-82at%Ga和18-42at%Na的鎵鈉合金材料沉積薄膜，使其對CIGS基薄膜光伏材料的光吸收層進行鈉摻雜。
2.根據權利要求1所述的一種CIGS基薄膜光伏材料的鈉摻雜方法,其特征在于:所述的鎵鈉合金材料的Ga含量為65-75at%，Na含量為25_35at%。
3.根據權利要求1所述的一種CIGS基薄膜光伏材料的鈉摻雜方法,其特征在于:所述的光吸收層為銅銦鎵硒、銅銦鎵硫或銅銦鎵硒硫。
4.一種用于形成CIGS基薄膜光伏材料的結構,其特征在于:所述結構包含具有表面的襯底和覆蓋所述襯底表面的阻擋層；覆蓋所述阻擋層的金屬背電極層；覆蓋所述金屬背電極層的含鈉光吸收層，其中所述含鈉光吸收層是通過使用含58_82at%Ga和18_42at%Na的鎵鈉合金材料沉積薄膜，使其對光吸收層進行鈉摻雜，所述含鈉光吸收層中含有0.02-1.0at%的鈉；覆蓋所述含鈉光吸收層的緩沖層；以及覆蓋所述緩沖層的透明導電窗口層。
5.根據權利要求4所述的一種用于形成CIGS基薄膜光伏材料的結構，其特征在于:所述光吸收層進行鈉摻雜是在背電極層與CIGS光吸收層的預制層之間沉積一層鎵鈉合金膜層，或在形成CIGS光吸收層的預制層的同時沉積一層鎵鈉合金膜層，或在CIGS光吸收層的預制層形成之后在其上沉積一層鎵鈉合金膜層。
6.根據權利要求4所述的一種用于形成CIGS基薄膜光伏材料的結構，其特征在于:所述阻擋層由氧化娃、氮化娃、氮氧化娃、氮化鈦、氧化鈦、氮氧化鈦、氮氧化錯、氧化錯、氮化鋯、氮化鋁、氧化鋁、氧化硅鋁、氮化硅鋁、氮氧化硅鋁、鋅錫氧化物中的一種或它們的混合物組成，或由硅、鋯和鈦中的至少一種元素與鑰組成的至少兩種元素的氧化物、氮化物或氮氧化物組成。
7.根據權利要求4所述的一種用于形成CIGS基薄膜光伏材料的結構，其特征在于:所述金屬背電極層為鑰電極層、鈦電極層或鉻電極層。
8.根據權利要求4所述的一種用于形成CIGS基薄膜光伏材料的結構，其特征在于:所述含鈉光吸收層為具有黃銅礦結構的含鈉的銅銦鎵硒膜層、含鈉的銅銦鎵硫膜層或含鈉的銅銦鎵硒硫膜層。
9.根據權利要求4所述的一種用于形成CIGS基薄膜光伏材料的結構，其特征在于:所述緩沖層選用硫化鎘、氧化鋅、硫化鋅、硫化銦或鋅鎂氧化物中的一種或兩種以上。
10.根據權利要求4所述的一種用于形成CIGS基薄膜光伏材料的結構，其特征在于:所述透明導電窗口層選用氧化銦摻雜錫、氧化鋅摻雜鋁、氧化鋅摻雜鎵、氧化鋅摻雜銦、氧化錫摻雜氟、氧化錫摻雜銻中的一種或兩種以上透明導電膜。
【文檔編號】H01L31/18GK103915516SQ201310004776
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2013年1月7日 優(yōu)先權日:2013年1月7日
【發(fā)明者】李藝明, 田宏波 申請人:廈門神科太陽能有限公司