專利名稱：一種用于改善銅銦鎵硒薄膜材料表層質(zhì)量的化學(xué)處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光伏電池新能源技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種薄膜材料表面處理方法，具體地，涉及一種用于改善銅銦鎵硒薄膜材料表層質(zhì)量的化學(xué)處理方法。
背景技術(shù)：
以銅銦鎵硒(CIGS)材料作為吸收層的薄膜太陽電池具有高光電轉(zhuǎn)換效率、良好的抗輻射性能等特性，已成為光伏電池領(lǐng)域的研究熱點之一。銅銦鎵硒薄膜材料是P型半導(dǎo)體，而緩沖層材料(如硫化鋅)為η型半導(dǎo)體，二者構(gòu)成電池的核心部分ρη結(jié)。銅銦鎵硒材料為多晶化合物材料，由于銅、銦、鎵、硒等元素的熱擴散系數(shù)等具有差異，易于在材料中出現(xiàn)替位缺陷Ineu、Gacu和空位缺陷Veu、Vse等，這些缺陷的濃度將直接影響太陽電池的性能。尤其在CIGS薄膜材料表層(O 30nm深度范圍)，這些缺陷如果大量存在，會增加ρη結(jié)附近的載流子復(fù)合，大幅降低太陽電池效率。迄今為止，為提高CIGS薄膜材料表層質(zhì)量，鈍化上述缺陷，目前所報道的處理方式均是利用緩沖層材料的化學(xué)水浴制備工藝進(jìn)行部分處理，效果不顯著。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種化學(xué)溶液處理CIGS薄膜材料表層特性，以改善材料表層質(zhì)量的方法，在化學(xué)溶液中直接浸潤CIGS薄膜，對薄膜表層進(jìn)行化學(xué)處理，取得了工藝簡單、材料成本低等有益效果。為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種用于改善銅銦鎵硒薄膜材料表層質(zhì)量的化學(xué)處理方法，該方法包含如下具體步驟: 步驟1，酒精溶液處理:將玻璃襯底上涂覆有Mo層和CIGS薄膜的樣品放入酒精溶液中浸泡5 lOmin，取出后在3(T50°C下熱處理3(T60s ;通過該酒精溶液處理可去除樣品表面的氧離子等雜質(zhì)以及附著的多余的硒元素；
步驟2，化學(xué)溶液處理:配制含去離子水、氨水和鋅鹽的化學(xué)處理液,其中,氨水濃度為3mol/L，鋅鹽濃度為O lX10_2mol/L，其中，鋅鹽濃度不為O ;將步驟I中采用熱處理后的樣品，放入上述化學(xué)處理液中，經(jīng)過7-10min浸潤后取出樣品，用干燥氮氣吹干樣品表面殘留溶液，完成電池吸收層CIGS薄膜材料表層質(zhì)量的化學(xué)處理。該化學(xué)處理使得鋅離子擴散進(jìn)入表層、占據(jù)Cu空位，修復(fù)表面缺陷態(tài)，且可形成淺埋結(jié)，從而改善CIGS薄膜材料表層質(zhì)量。進(jìn)一步地，所述的鋅鹽為硫酸鋅或醋酸鋅。上述的用于改善銅銦鎵硒薄膜材料表層質(zhì)量的化學(xué)處理方法，其中，所述的酒精溶液中，去離子水與無水乙醇的用量體積比例為1(Γ12:1。上述的用于改善銅銦鎵硒薄膜材料表層質(zhì)量的化學(xué)處理方法，其中，在步驟2中，將所配制的化學(xué)處理液加熱至80°C 90°C (最佳的反應(yīng)溫度為80°C)，使其充分混合溶解。本發(fā)明是通過一種化學(xué)溶液浸潤處理的方法，可以減少表層的雜質(zhì)，如氧元素，而且鋅離子擴散進(jìn)入表層、占據(jù)Cu空位，修復(fù)表面缺陷態(tài)，且可形成淺埋結(jié)，從而改善CIGS薄膜材料表層質(zhì)量，工藝簡單、材料成本低等，非常適合銅銦鎵硒薄膜太陽電池的規(guī)模化生產(chǎn)。


圖1是本發(fā)明通過酒精溶液處理樣品的裝置示意圖。圖2是本發(fā)明通過化學(xué)處理溶液浸潤處理樣品的裝置示意圖。圖3是本發(fā)明制備的玻璃襯底銦鎵硒薄膜太陽電池部分結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例進(jìn)一步說明本發(fā)明的具體實施方案。實施例1
酒精處理液15為去離子水和無水乙醇按一定比例(約12:1)配制而成，在玻璃容器中攪拌使其充分溶解，將玻璃襯底上涂覆有Mo (即鑰)膜和CIGS薄膜的樣品14放入酒精處理溶液中，如圖1所示，浸泡5 min后取出，將樣品在30°C 50°C下熱處理30s 60s，得到熱處理后的樣品18，如圖2所示，在玻璃容器中按照一定濃度比例配制去離子水、氨水和硫酸鋅的化學(xué)處理溶液17，所配制化學(xué)處理液中的氨水濃度為3mol/L，調(diào)節(jié)硫酸鋅濃度在0 I X 10_2mol/L之間，且硫酸鋅濃度不為O。將熱處理后的樣品18浸潤在化學(xué)處理溶液17中，將化學(xué)處理溶液17加熱至80°C (最佳的反應(yīng)溫度)。保持溫度，經(jīng)過Smin浸潤后取出樣品，用干燥氮氣吹干樣品表面殘留溶液，即完成電池吸收層CIGS薄膜材料表層質(zhì)量的化學(xué)處理，鋅離子得以擴散進(jìn)表層，占據(jù)Cu空位，形成淺埋結(jié)，優(yōu)化了表面質(zhì)量。玻璃襯底銦鎵硒薄膜太陽電池(其結(jié)構(gòu)如圖3所示)的制備方法包括如下的步驟: 步驟一，沉積背電極:采用直流磁控濺射在玻璃襯底10上制備Mo薄膜11，Mo膜厚度約
為 0.7 u m 1.0 u m。步驟二，沉積吸收層:采用蒸發(fā)法，即對Cu、In、Ga、Se元素進(jìn)行蒸發(fā)反應(yīng)，在背電極Mo上沉積電池吸收層銅銦鎵硒(CIGS)薄膜12 (其具有薄膜表面13)，該CIGS薄膜12的厚度為2.0 ii m 2.5 ii m，蒸發(fā)時的襯底溫度控制在380°C 580°C ;其中，所述的蒸發(fā)法包含以下步驟:第一步，在襯底溫度為350°C 380°C時共蒸In、Ga、Se形成(InGa)2Se3預(yù)置層(precursor);第二步，將襯底溫度升高至550°C 580°C,蒸發(fā)Cu、Se形成富Cu的Cu (In，Ga) Se2薄膜；第三步，保持襯底溫度不變，共蒸少量的In、Ga、Se形成貧Cu的Cu (In，Ga) Se2薄膜，且薄膜表層包含富In的薄層，從而形成銅銦鎵硒(CIGS)薄膜12。步驟三，酒精溶液處理:在玻璃容器中按照一定比例配制去離子水與無水乙醇(約12:1)的酒精處理溶液15，所配制處理溶液中的酒精濃度為8%vol左右。將玻璃襯底上涂覆有Mo層和CIGS薄膜的樣品14放入酒精處理溶液15中浸泡5min，取出后在40°C下熱處理 40s ；
步驟四，化學(xué)溶液處理:在玻璃容器中按照一定濃度比例配制去離子水中、氨水和硫酸鋅的化學(xué)處理液，所配制的化學(xué)處理液中的氨水濃度為3mol/L，調(diào)節(jié)硫酸鋅濃度在0 lX10_2mol/L之間，且硫酸鋅濃度不為O。將所配制的化學(xué)處理液通過加熱裝置16加熱至80°C，使其充分混合溶解形成化學(xué)處理溶液17，將熱處理后的樣品18置于支架19上，放入化學(xué)處理溶液17中，經(jīng)過8min浸潤后取出樣品，用干燥氮氣吹干樣品表面殘留溶液，完成電池吸收層CIGS薄膜材料表層質(zhì)量的化學(xué)處理。實施例2
酒精處理溶液15為去離子水和無水乙醇按一定比例(約12:1)配制而成，攪拌使其充分溶解，將玻璃襯底上涂覆有Mo膜和CIGS薄膜的樣品14放入酒精處理溶液15中浸泡5min，取出后在40°C下熱處理40s ;在玻璃容器中按照一定濃度比例配制去離子水中、氨水和醋酸鋅的化學(xué)處理溶液17，所配制化學(xué)處理溶液中的氨水濃度為3mol/L，調(diào)節(jié)醋酸鋅濃度在O I X 10_2mol/L之間，且醋酸鋅濃度不為O。將熱處理后的樣品18浸潤在化學(xué)處理溶液17中，經(jīng)過Smin浸潤后取出樣品，用干燥氮氣吹干樣品表面殘留溶液，完成電池吸收層CIGS薄膜材料表層質(zhì)量的化學(xué)處理，鋅離子得以擴散進(jìn)表層，占據(jù)Cu空位，形成淺埋結(jié)，優(yōu)化了表面質(zhì)量。玻璃襯底銦鎵硒薄膜太陽電池的制備，步驟同實施例1。實施例3
酒精處理液15為去離子水和無水乙醇按一定比例(約10:1)配制而成，攪拌使其充分溶解，將玻璃襯底上涂覆有Mo膜和CIGS薄膜的樣品14放入酒精處理溶液中浸泡6min，取出后在40°C下熱處理40s ;在玻璃容器中按照一定濃度比例配制去離子水中、氨水和硫酸鋅的化學(xué)處理溶液17，所配制化學(xué)處理液中的氨水濃度為3mol/L，調(diào)節(jié)硫酸鋅濃度在O lX10_2mol/L之間，且硫酸鋅濃度不為O。將熱處理后的樣品18浸潤在化學(xué)處理液中，將化學(xué)處理溶液加熱至80°C (最佳的反應(yīng)溫度)。經(jīng)過Smin浸潤后取出樣品，用干燥氮氣吹干樣品表面殘留溶液，完成電池吸收層CIGS薄膜材料表層質(zhì)量的化學(xué)處理，鋅離子得以擴散進(jìn)表層，占據(jù)Cu空位，形成淺埋結(jié)，優(yōu)化了表面質(zhì)量。玻璃襯底銦鎵硒薄膜太陽電池的制備，步驟同實施例1。實施例4
酒精處理液15為去離子水和無水乙醇按一定比例(約10:1)配制而成，攪拌使其充分溶解，將玻璃襯底上涂覆有Mo層和CIGS薄膜的樣品14放入酒精處理溶液中浸泡5min，取出后在40°C下熱處理40s ;在玻璃容器中按照一定濃度比例配制去離子水中、氨水和醋酸鋅的化學(xué)處理溶液17，所配制化學(xué)處理液中的氨水濃度為3mol/L，調(diào)節(jié)醋酸鋅濃度在O lX10_2mol/L之間，且醋酸鋅濃度不為O。將熱處理后的樣品18浸潤在化學(xué)處理液中，將化學(xué)處理溶液加熱至80°C (最佳的反應(yīng)溫度)。經(jīng)過Smin浸潤后取出樣品，用干燥氮氣吹干樣品表面殘留溶液，完成電池吸收層CIGS薄膜材料表層質(zhì)量的化學(xué)處理，鋅離子得以擴散進(jìn)表層，占據(jù)Cu空位，形成淺埋結(jié)，優(yōu)化了表面質(zhì)量。玻璃襯底銦鎵硒薄膜太陽電池的制備，步驟同實施例1。由上所述，該發(fā)明的特點是提供了一種用于改善銅銦鎵硒薄膜材料表層質(zhì)量的化學(xué)處理方法，實現(xiàn)了材料表層質(zhì)量的改善。該方法具有工藝簡單、材料成本低等，非常適合銅銦鎵硒薄膜太陽電池的規(guī)?；a(chǎn)。盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。
權(quán)利要求
1.一種用于改善銅銦鎵硒薄膜材料表層質(zhì)量的化學(xué)處理方法，其特征在于，該方法包含如下具體步驟: 步驟1，酒精溶液處理:將玻璃襯底上涂覆有Mo層和CIGS薄膜的樣品放入酒精溶液中浸泡5 lOmin，取出后在3(T50°C下熱處理3(T60s ； 步驟2，化學(xué)溶液處理:配制含去離子水、氨水和鋅鹽的化學(xué)處理液,其中，氨水濃度為3mol/L，調(diào)節(jié)鋅鹽濃度在0 lX10_2mol/L之間，且鋅鹽濃度不為0 ;將步驟I中采用熱處理后的樣品，浸潤在上述化學(xué)處理液中，經(jīng)過7-10min浸潤后取出樣品，用干燥氮氣吹干樣品表面殘留溶液，完成CIGS薄膜材料表層質(zhì)量的化學(xué)處理。
2.如權(quán)利要求1所述的用于改善銅銦鎵硒薄膜材料表層質(zhì)量的化學(xué)處理方法，其特征在于，所述的酒精溶液中，去離子水與無水乙醇的用量體積比例為1(T12:1。
3.如權(quán)利要求2所述的用于改善銅銦鎵硒薄膜材料表層質(zhì)量的化學(xué)處理方法，其特征在于，所述的鋅鹽為硫酸鋅或醋酸鋅。
4.如權(quán)利要求1或3所述的用于改善銅銦鎵硒薄膜材料表層質(zhì)量的化學(xué)處理方法，其特征在于，在步驟2中，將所配制的化學(xué)處理液加熱至80°C 90°C，使其充分混合溶解。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于改善銅銦鎵硒薄膜材料表層質(zhì)量的化學(xué)處理方法，其包含步驟1，將玻璃襯底上涂覆有Mo層和CIGS薄膜的樣品放入酒精溶液中浸泡5~10min，取出后在30~50℃下熱處理30~60s；步驟2，配制含去離子水、氨水和鋅鹽的化學(xué)處理液，其中，氨水濃度為3mol/L，鋅鹽濃度為0～1×10-2mol/L，將步驟1中采用熱處理后的樣品，放入上述化學(xué)處理液中，經(jīng)過7-10min浸潤后取出樣品，用干燥氮氣吹干樣品表面殘留溶液，完成CIGS薄膜材料表層質(zhì)量的化學(xué)處理。本發(fā)明通過化學(xué)溶液浸潤處理的方法，以減少表層的雜質(zhì)，使得鋅離子擴散進(jìn)入表層并占據(jù)Cu空位，修復(fù)表面缺陷態(tài)，且可形成淺埋結(jié)，從而改善CIGS薄膜材料表層質(zhì)量，工藝簡單，材料成本低，適合銅銦鎵硒薄膜太陽電池的規(guī)?；a(chǎn)。
文檔編號H01L31/18GK103151429SQ20131010135
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月27日
發(fā)明者張德濤, 徐傳明, 曹章軼, 吳敏, 張冬冬 申請人:上?？臻g電源研究所