專利名稱：一種利用銅銦鎵硒合金濺射靶材生產(chǎn)銅銦鎵硒薄膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于太陽能利用設(shè)備領(lǐng)域，特別涉及一種利用單個(gè)四元素銅銦鎵硒靶材高效生產(chǎn)銅銦鎵硒薄膜的方法。
背景技術(shù)：
過去幾十年中，太陽能電池板的制造業(yè)規(guī)模迅速擴(kuò)大。2011年，美國太陽能產(chǎn)業(yè)的增長率高達(dá)109%，在新能源技術(shù)領(lǐng)域中首屈一指。銅銦鎵硒薄膜太陽能電池在太陽能電池板領(lǐng)域發(fā)展迅速，其通常在一層剛性的玻璃底板或是柔性的不銹鋼板上依次設(shè)有鑰層(I )、P-型銅銦鎵硒薄膜吸收層(2)、硫化鎘緩沖層(3)、本征氧化鋅(4)、鋁-氧化鋅窗口層(5)和表面接觸層(6)，見

圖1。根據(jù)Lux Research的研究報(bào)告，2011年銅銦鎵硒薄膜太陽能市場產(chǎn)能達(dá)到1.2GW，并將于2015年達(dá)到2.3GW ;其他太陽能電池研究機(jī)構(gòu)均預(yù)測銅銦鎵硒薄膜太陽能電池的市場份額將由2010年的3%增長至2015年的6%，并將在2020年達(dá)到33%。這充分表明銅銦鎵硒薄膜太陽能電池技術(shù)將引領(lǐng)未來的太陽能電池市場，并具有巨大的商業(yè)潛力。作為被美國能源部和其他知名太陽能電池研究機(jī)構(gòu)列為最有發(fā)展前景的薄膜太陽能電池技術(shù)，銅銦鎵硒薄膜太陽能電池技術(shù)正憑借著其廣泛的優(yōu)勢吸引著越來越多的研究人員和投資者。迄今為止，銅銦鎵硒薄膜太陽能電池的效率在實(shí)驗(yàn)室中已經(jīng)突破了 20.3%。同時(shí)，越來越多的公司、機(jī)構(gòu)正在致力于實(shí)現(xiàn)這項(xiàng)技術(shù)的商業(yè)化。然而，銅銦鎵硒薄膜太陽能電池的商業(yè)化進(jìn)程目前仍然落后于單晶硅太陽能電池和其他薄膜太陽能電池，例如 碲化鎘薄膜電池。造成銅銦鎵硒薄膜太陽能電池實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)的最大障礙是銅銦鎵硒薄膜高昂的生產(chǎn)成本。到2020年，美國能源部對太陽能電池板的系統(tǒng)安裝成本目標(biāo)為0.5美元/瓦，這依然高于單晶硅太陽能電池和其他薄膜太陽能電池?，F(xiàn)有，銅銦鎵硒薄膜的生產(chǎn)方法大體上可被分為非真空法和真空法。非真空方法包括電化學(xué)鍍膜法、噴墨打印法、FASST法和旋轉(zhuǎn)涂布法等；偏低的效率是非真空法仍需解決的一大問題。真空法主要包括共蒸鍍法和兩步濺射加硒化法。共蒸鍍法在實(shí)驗(yàn)室和商業(yè)應(yīng)用中都是一種常見的沉積方法。共蒸鍍法使用多個(gè)蒸發(fā)源及三步工藝來制造銅銦鎵硒薄膜吸收層，可以很好的控制工藝參數(shù)和調(diào)節(jié)薄膜組成結(jié)構(gòu)及帶隙。目前最高效率的銅銦鎵硒薄膜太陽能電池就是用這種方法制造的，這種高效率主要?dú)w功于鎵的有效分級，同時(shí)產(chǎn)生了后背場，阻止了電子和空腔的重新組合，從而有效的提高了能量轉(zhuǎn)換效率。然而，共蒸鍍法的均勻度在大規(guī)模生產(chǎn)時(shí)仍面臨一些問題；同時(shí)，如何精確控制各個(gè)蒸發(fā)源也是聯(lián)合蒸鍍法需要解決的一大問題。兩步濺射法。這種方法是目前生產(chǎn)銅銦鎵硒薄膜吸收層最前沿的技術(shù)。它包括濺射和硒化等工藝過程。該方法以銅化鎵或者銅/鎵靶材以及銦靶材為原料，使用共濺射或者連續(xù)濺射的方法將合金沉積到無定形薄膜上；之后再將薄膜在硒化氫或者硒的環(huán)境里進(jìn)行硒化，最終形成p-type吸收層。目前，日本的Solar Frontier公司已經(jīng)用此方法制造出了 900MW產(chǎn)能的低成本銅銦鎵硒薄膜太陽能電池生產(chǎn)線。Miasole和Nuvosun公司也用此方法分別制造出了 80MW和50MW的生產(chǎn)線。靶材濺射法已經(jīng)或正在引領(lǐng)著銅銦鎵硒薄膜太陽能電池的大規(guī)模量產(chǎn)，因?yàn)樵摲椒ㄔ诖竺娣e均勻性和高沉積率上都有著顯著的優(yōu)勢。然而，該方法最后的硒化步驟有一定的環(huán)境隱患，因?yàn)槲瘹錃怏w具有毒性；同時(shí)該方法需要高溫，這也增加了工藝成本。銅銦鎵硒薄膜的生產(chǎn)方法的生產(chǎn)方法的優(yōu)缺點(diǎn)見表I。表I銅銦鎵硒薄膜的生產(chǎn)方法的生產(chǎn)方法對比
權(quán)利要求
1.一種利用銅銦鎵硒合金濺射靶材生產(chǎn)銅銦鎵硒薄膜的方法，其特征在于:包括以下步驟: (1)在300-400°C下，使用40W-300W的功率以銅銦鎵硒合金作為靶材在基底上濺射上第一層薄膜，濺射時(shí)間為5-40min，形成第一貧銅層； (2)在500-600°C下，使用60W-350W的功率以銅銦鎵硒合金作為靶材在第一貧銅層上濺射上第二層薄膜，濺射時(shí)間為20min-3h，形成富銅層； (3)在500-600°C下，使用20W-200W的功率以銅銦鎵硒合金作為靶材在富銅層上濺射上第三層薄膜，濺射時(shí)間為5-40min，形成第二貧銅層，即得銅銦鎵硒薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用銅銦鎵硒合金濺射靶材生產(chǎn)銅銦鎵硒薄膜的方法，其特征在于:步驟(I)中，所述基底的形狀為水平截面形狀為圓形的圓餅狀或水平截面形狀為方形的立方體形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用銅銦鎵硒合金濺射靶材生產(chǎn)銅銦鎵硒薄膜的方法，其特征在于:步驟(I)中，所述基底為鈉鈣玻璃、不銹鋼薄片、鋁箔片或塑料片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用銅銦鎵硒合金濺射靶材生產(chǎn)銅銦鎵硒薄膜的方法，其特征在于:步驟(I)中，所述基底表面設(shè)有氟化鈉層，所述氟化鈉層的厚度為3-20nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用銅銦鎵硒合金濺射靶材生產(chǎn)銅銦鎵硒薄膜的方法，其特征在于:步驟(I)中，所述基底的厚度為2-6mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用銅銦鎵硒合金濺射靶材生產(chǎn)銅銦鎵硒薄膜的方法，其特征在于:步驟(I)中，所述銅銦鎵硒合金中銅銦鎵硒的原子數(shù)比為(20-25):(10-19):(6-12.5):(50-60)。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種利用銅銦鎵硒合金濺射靶材生產(chǎn)銅銦鎵硒薄膜的方法，其特征在于:步驟(I)中，還包括以下步驟:采用蒸發(fā)方法或?yàn)R射方法將基底上鍍上鑰層，所述鑰層的厚度為200-1500nm，所述鑰層的電阻率為0.2-5歐姆厘米。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用銅銦鎵硒合金濺射靶材生產(chǎn)銅銦鎵硒薄膜的方法，其特征在于:步驟(2)中，還包括以下步驟:采用化學(xué)盆沉積法將第二貧銅層上鍍上硫化鎘過渡層，所述硫化鎘過渡層的厚度為40-250nm，然后在150_250°C條件下退火l_5min。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種利用銅銦鎵硒合金濺射靶材生產(chǎn)銅銦鎵硒薄膜的方法，包括以下步驟以銅銦鎵硒合金作為靶材在基底上濺射形成第一貧銅層；以銅銦鎵硒合金作為靶材在第一貧銅層上濺射形成富銅層；以銅銦鎵硒合金作為靶材在富銅層上濺射形成第二貧銅層，即得。該生產(chǎn)方法將共蒸鍍?nèi)焦に嚪ê头钦婵諆?nèi)部吸收層連結(jié)結(jié)構(gòu)法結(jié)合，不僅能夠顯著的提升原材料利用率、成本低，而且濺射工藝過程中沉積速率快，同時(shí)還將在銅銦鎵硒吸收層中形成優(yōu)化的鎵梯度結(jié)構(gòu)和納米疇p-n結(jié)內(nèi)吸收層連結(jié)結(jié)構(gòu)IAJ，生產(chǎn)出的銅銦鎵硒薄膜效率高、面積大、均勻度高。
文檔編號H01L31/18GK103219419SQ20131009941
公開日2013年7月24日 申請日期2013年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月26日
發(fā)明者徐從康 申請人:無錫舒瑪天科新能源技術(shù)有限公司