專利名稱：一種銅銦鎵硒薄膜的制造工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種銅銦鎵硒薄膜的制造工藝。
背景技術(shù)：
銅銦鎵硒太陽能電池通常包含一層剛性的玻璃底板或是柔性的不銹鋼，同時含有鑰層，P-型銅銦鎵硒吸收層，硫化鎘或硫化鋅緩沖層，本征氧化鋅、透明導(dǎo)電氧化物窗口層(TCO)和表面接觸層。銅銦鎵硒薄膜是CIGS太陽能電池生產(chǎn)的核心。目前銅銦鎵硒太陽能電池的制造方法大體上可被分為真空法和非真空法。真空法主要包括共蒸鍍法和濺射加后硒化處理方法。共蒸鍍法:在實驗室和商業(yè)應(yīng)用中都是一種常見的沉積方法。共蒸鍍法使用多個蒸發(fā)源來制造銅銦鎵硒吸收層。共蒸鍍法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。然而，共蒸鍍法的均勻度在大規(guī)模生產(chǎn)時仍面臨一些問題。同時，如何精確控制各個蒸發(fā)源也是共蒸鍍法需要解決的一大難題。濺射及后硒化處理法:是目前銅銦鎵硒吸收層研究很常用的技術(shù)。它包括濺射和硒化等工藝過程。該方法以銅銦鎵靶材或銅/銦/鎵靶材為原料，使用共濺射或者連續(xù)濺射的方法將合金沉積形成無定形薄膜；之后再將薄膜在硒化氫或者硒的環(huán)境里進行硒化，最終形成P-型吸收層。最后的硒化步驟有一定的環(huán)境隱患，因為硒化氫氣體具有毒性，同時該方法需要高溫,這也增加了工藝成本。非真空法:包括印刷、電化學(xué)鍍膜法，旋轉(zhuǎn)涂布法等。目前在非真空所有方法中，美國的Nanosolar公司用非真空印刷方法取得的CIGS電池效率較高。

發(fā)明內(nèi)容
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發(fā)明目的:針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明的目的是提供一種銅銦鎵硒薄膜的制造工藝，使其具有簡單環(huán)保，經(jīng)濟實效等優(yōu)點。技術(shù)方案:為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
一種銅銦鎵硒薄膜的制造工藝，為三步法，包括以下步驟:
(1)在20(T400°C條件下，用3(Tl00mA的電流在基底上蒸鍍上第一層薄膜，形成貧銅富銦鎵區(qū)域(主要成分為銦鎵硒和少量的銅);
(2)在30(T600°C的條件下，用8(Tl50mA的電流蒸鍍上第二層薄膜，形成富銅區(qū)域(主要成分為銅銦鎵硒);
(3)在30(T600°C的條件下，用2(Tl50mA電流的蒸鍍上第三層薄膜，再形成一層貧銅區(qū)域(主要成分為鎵銦硒和少量的銅)，以確保薄膜整體貧銅結(jié)構(gòu)；
其中，所用的單源為Cu2InxGahSe2粉體，設(shè)備為裝有加熱基板的電子束蒸發(fā)儀，恒定電壓為7KV。在所述基底上預(yù)先用蒸發(fā)方法或濺射方法鍍上一層厚度200納米到1.5微米的金屬鑰，鑰層的電阻率為0.2到5歐姆厘米。
用化學(xué)盆沉積法或原子沉積法在銅銦鎵硒吸收層上鍍上一層厚度為40納米到250納米的硫化鎘或硫化鋅過渡層，在溫度15(T250°C退火f 5min;然后，用濺射儀或原子層沉積機鍍上本征氧化鋅和鋁氧化鋅透明電極，之后，蒸發(fā)鍍電極。銅銦鎵硒薄膜沉積在2飛毫米的鈉鈣玻璃上或不銹鋼薄片上或鋁箔片上或塑料片上。 在本發(fā)明中，(I)整個銅銦鎵硒吸收層由納米P-η結(jié)構(gòu)成，因此電子和空穴重組形成光子的機率變小而電池效率將會得到提高。(2)三步法形成梯度結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生后背場，減少電子和空穴重組機率，從而提高太陽能電池的效率。(3)由于單源粉體中硒的含量豐富，在整個步驟中，所鍍的薄膜從頭到尾都處于硒化的氛圍中。不需要進行后硒化處理，節(jié)省了熱能，縮短了生產(chǎn)時間，保護了環(huán)境。有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明為單源三步蒸鍍法制備銅銦鎵硒太陽能電池。通過使用裝有加熱基板的電子束蒸發(fā)儀和Cu2InxGahSe2粉體作為單源，通過改變電流大小，實現(xiàn)貧銅的高效率薄膜結(jié)構(gòu)。除了貧銅外，該薄膜還具有吸收層內(nèi)連結(jié)構(gòu)，大尺寸顆粒界面以及梯度結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)保證了所制備的電池高效率。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作更進一步的說明。實施例1
本發(fā)明采用的是一種全新的銅銦鎵硒薄膜制造工藝。單源三步蒸鍍法形成了梯度結(jié)構(gòu)和吸收層內(nèi)連結(jié)結(jié)構(gòu)。通過改變電流大小、基底溫度來實現(xiàn)高效率電池核心層的沉積。銅銦鎵硒薄膜沉積在2毫米到6毫米的鈉鈣玻璃上或不銹鋼薄片，或鋁箔片上，或塑料片上(聚酰亞胺，聚對苯二甲酸類塑料等) 。所有的基底上都事先用蒸發(fā)方法或濺射方法鍍上一層厚度200納米到1.5微米的金屬鑰，鑰層的電阻率為0.2飛歐姆厘米。用化學(xué)盆沉積法(CBD)或原子沉積法(ALD)在銅銦鎵硒吸收層上鍍上一層厚度為40納米到250納米的硫化鎘或硫化鋅過渡層，在溫度15(T250°C退火I飛min。然后，用濺射儀或原子層沉積機鍍上本征氧化鋅和鋁氧化鋅透明電極，之后，蒸發(fā)鍍電極。本發(fā)明的銅銦鎵硒薄膜制造工藝，所用的單源為Cu2InxGahSe2粉體，主要設(shè)備為裝有加熱基板的電子束蒸發(fā)儀，恒定電壓為7KV。具體分為三步驟:
步驟1:在20(T400°C條件下，用3(Tl00mA的電流在基底上蒸鍍上第一層薄膜，其主要成分為銦鎵硒和少量的銅，形成貧銅富銦鎵區(qū)域；
步驟2:在30(T600°C的條件下，用8(Tl50mA的電流蒸鍍上第二層薄膜，其主要成分為銅銦鎵硒，形成富銅區(qū)域；
步驟3:在30(T600°C的條件下，用2(Tl50mA電流的蒸鍍上第三層薄膜，其主要成分為鎵銦硒和少量的銅，再形成一層貧銅區(qū)域，以確保薄膜整體貧銅結(jié)構(gòu)。對產(chǎn)品檢測，形成了梯度結(jié)構(gòu)，也說明該工藝是共蒸鍍法可以獲得高效率銅銦鎵硒太陽能電池的關(guān)鍵因素。在本發(fā)明中，(I)整個銅銦鎵硒吸收層由納米P-η結(jié)構(gòu)成，因此電子和空穴重組形成光子的機率變小而電池效率將會得到提高。(2)三步法形成梯度結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生后背場，減少電子和空穴重組機率，從而提高太陽能電池的效率。(3)由于單源粉體中硒的含量豐富，在整個步驟中，所鍍的薄膜從頭到尾都處于硒化的氛圍中。不需要進行后硒化處理，節(jié)省了熱能，縮短了生產(chǎn)時間，保護了環(huán)境。本發(fā)明為單源三步蒸鍍法制備銅銦鎵硒太陽能電池。通過使用裝有加熱基板的電子束蒸發(fā)儀和Cu2InxGahSe2粉體作為單源，通過改變電流大小，實現(xiàn)貧銅的高效率薄膜結(jié)構(gòu)。除了貧銅外，該薄膜還具有吸收層內(nèi)連結(jié)構(gòu)，大尺寸顆粒界面以及梯度結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)保證了所制備的電池 高效率。
權(quán)利要求
1.一種銅銦鎵硒薄膜的制造工藝，其特征在于，為三步法，包括以下步驟: (1)在200~400°C條件下，用30~l00mA的電流在基底上蒸鍍上第一層薄膜，形成貧銅富銦鎵區(qū)域； (2)在300~600°C的條件下，用80~l50mA的電流蒸鍍上第二層薄膜，形成富銅區(qū)域； (3)在300~600°C的條件下，用20~l50mA電流的蒸鍍上第三層薄膜，再形成一層貧銅區(qū)域，以確保薄膜整體貧銅結(jié)構(gòu)； 其中，所用的單源為Cu2InxGahSe2粉體，設(shè)備為裝有加熱基板的電子束蒸發(fā)儀，恒定電壓為7KV。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備銅銦鎵硒墨水的方法，其特征在于:在所述基底上預(yù)先用蒸發(fā)方法或濺射方法鍍上一層厚度200納米到1.5微米的金屬鑰，鑰層的電阻率為0.2到5歐姆厘米。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備銅銦鎵硒墨水的方法，其特征在于:用化學(xué)盆沉積法或原子沉積法在銅銦鎵硒/銅鋅錫硒吸收層上鍍上一層厚度為40納米到250納米的硫化鎘或硫化鋅過渡層，在溫度150~250°C退火f5min ;然后，用濺射儀或原子層沉積機鍍上本征氧化鋅和鋁氧化鋅透明電極，之后，蒸發(fā)鍍電極。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備銅銦鎵硒墨水的方法，其特征在于:銅銦鎵硒薄膜沉積在2~6毫米的鈉鈣玻璃上或不銹鋼薄片上或鋁箔片上或塑料片上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種銅銦鎵硒薄膜的制造工藝，為三步法，包括在200~400℃條件下，用30~100mA的電流在基底上蒸鍍上第一層薄膜，主要成分為銦鎵硒和少量的銅，形成貧銅富銦鎵區(qū)域；在300~600℃的條件下，用80~150mA的電流蒸鍍上第二層薄膜，主要成分為銅銦鎵硒，形成富銅區(qū)域；在300~600℃的條件下，用20~150mA電流的蒸鍍上第三層薄膜，主要成分為鎵銦硒和少量的銅，再形成一層貧銅區(qū)域，以確保薄膜整體貧銅結(jié)構(gòu)。本發(fā)明為單源三步蒸鍍法制備銅銦鎵硒太陽能電池。通過使用裝有加熱基板的電子束蒸發(fā)儀和Cu2InxGa1-xSe2粉體作為單源，通過改變電流大小，實現(xiàn)貧銅的高效率薄膜結(jié)構(gòu)。除了貧銅外，該薄膜還具有吸收層內(nèi)連結(jié)構(gòu)，大尺寸顆粒界面以及梯度結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)保證了所制備的電池高效率。
文檔編號H01L31/032GK103194726SQ20131011902
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月8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