[0029] 圖4是在不同厚度IGS應(yīng)力緩沖層上沉積的CIGS薄膜剖面形貌，（a)圖中IGS層 厚度為l〇〇nm，（b)圖中IGS層厚度為800nm〇
【具體實(shí)施方式】
[0030] 為能進(jìn)一步了解本發(fā)明的
【發(fā)明內(nèi)容】
、特點(diǎn)及功效，茲例舉以下實(shí)施例，并配合附圖 詳細(xì)說明如下：
[0031] 實(shí)施例1
[0032] -種柔性襯底上制備高結(jié)合力吸收層的方法，參閱附圖1。采用卷對(duì)卷共蒸發(fā)工藝 沉積大面積CIGS吸收層，在吸收層和Mo電極之間設(shè)計(jì)厚度為IOOnm-1000 nm的IGS應(yīng)力緩 沖層。以厚度為50 μ m的聚酰亞胺作為襯底，按照附圖1所示的結(jié)構(gòu)制備柔性CIGS太陽電 池。首先，使用磁控濺射的方法在PI襯底上沉積0. 8 μ m厚的Mo背電極，在其上卷對(duì)卷蒸發(fā) 沉積一定厚度的IGS薄膜。沉積過程中，襯底溫度在350 °C~480 °C之間范圍內(nèi)保持恒定，襯 底以50mm/min的速度依次通過Ga和In蒸發(fā)源，腔室中始終保持足夠的Se氣氛，以保證沉 積到襯底上的In、Ga元素與Se元素充分反應(yīng)，形成（In 1 x, GaJ2Se3相。Ga、In蒸發(fā)源的溫 度分別恒定為900°C -1100°C、800°C -1000°C，Se蒸發(fā)源在250°C~350°C范圍內(nèi)保持恒定。 薄膜沉積速率約為20nm/min，得到合適厚度的IGS薄膜，關(guān)閉In和Ga蒸發(fā)源擋板，Se繼續(xù) 保持恒定蒸發(fā)速率。沉積過程中腔室的真空壓強(qiáng)保持在IX 10 3Pa左右。然后在IGS薄膜 上沉積CIGS吸收層。使襯底溫度在400°C _480°C之間恒定，襯底以20mm/min的速度依次通 過 Cu、Ga 和 In 蒸發(fā)源，各源的蒸發(fā)溫度為 1200-1400°C、900°C -IKKTC和 800°C -1000°C。 Se蒸發(fā)源在250°C~350°C范圍內(nèi)保持恒定，以保證足夠的Se飽和蒸汽壓。銅銦鎵硒薄膜 的沉積速率約為50nm/min。當(dāng)CIGS薄膜厚度達(dá)到1. 5-2 μ m時(shí)關(guān)閉Cu、Ga和In蒸發(fā)源的 擋板，襯底在Se氣氛下以10oC/min的速率降溫；直至襯底溫度低于250〇C后關(guān)閉Se蒸發(fā) 源，襯底自然降低到室溫。如附圖3所示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，設(shè)計(jì)一定厚度的IGS緩沖層有效改善 了 CIGS吸收層在PI襯底/Mo薄膜上的附著性，避免了 CIGS吸收層的脫落問題。通過改進(jìn) IGS薄膜厚度，優(yōu)化了 CIGS薄膜生長(zhǎng)和結(jié)晶過程。如附圖4所示，當(dāng)IGS薄膜厚度為SOOnm 時(shí)，CIGS薄膜與Mo薄膜層之間結(jié)合得很緊密，得到了具有很好結(jié)合力的CIGS吸收層。
[0033] 在CIGS吸收層上依次用卷對(duì)卷化學(xué)水浴法沉積50nm厚度的CdS緩沖層，用卷對(duì) 卷射頻磁控派射法沉積i-Zn0/Zn0:Al窗口層，兩層薄膜的厚度分別為50nm和500nm。最后 使用卷對(duì)卷絲網(wǎng)印刷工藝制備Ag或Al柵電極，Ag或Al厚度為2 μ m，得到大面積柔性CIGS 薄膜太陽電池。
[0034] 實(shí)施例2
[0035] -種柔性襯底上制備高結(jié)合力吸收層的方法，請(qǐng)參見附圖2。采用低溫共蒸發(fā)工 藝沉積小面積CIGS吸收層，在吸收層和Mo電極之間設(shè)計(jì)厚度為IOOnm-1000 nm的IGS應(yīng)力 緩沖層。以厚度為50 μ m的聚酰亞胺作為襯底，按照附圖2所示的結(jié)構(gòu)制備柔性CIGS太陽 電池。首先，使用磁控濺射的方法在PI襯底上沉積0. 6 μ m-Ι μ m厚的Mo背電極，在其上共 蒸發(fā)In、Ga和Se沉積一定厚度的IGS薄膜。沉積過程中，襯底溫度在350°C~450°C之間 范圍內(nèi)保持恒定，腔室中始終保持足夠的Se氣氛，以保證沉積到襯底上的In、Ga元素與Se 元素充分反應(yīng)，形成（Inlx, GaJ2Se3相。Ga、In蒸發(fā)源的溫度分別恒定為800°C-1000°C、 700°C _900°C，Se蒸發(fā)源在220°C~280°C范圍內(nèi)保持恒定。在沉積緩沖層的同時(shí)蒸發(fā) NaF，蒸發(fā)溫度為600°C _800°C。IGS薄膜沉積速率約為40nm/min，得到合適厚度的、含Na 的IGS薄膜，關(guān)閉In、Ga和NaF蒸發(fā)源擋板，Se繼續(xù)保持恒定蒸發(fā)速率。沉積過程中腔室 的真空壓強(qiáng)保持在I X 10 3Pa左右。然后在IGS薄膜上沉積CIGS吸收層。使襯底溫度在 400°C _500°C之間恒定，Cu、Ga和In蒸發(fā)源的蒸發(fā)溫度分別為1100-1300°C、800°C -1000°C 和700°C -9000°C。Se蒸發(fā)源在220°C~280°C范圍內(nèi)保持恒定，以保證足夠的Se飽和蒸 汽壓。銅銦鎵硒薄膜的沉積速率約為40nm/min。當(dāng)CIGS薄膜厚度達(dá)到約2 μπι時(shí)關(guān)閉 Cu、Ga和In蒸發(fā)源的擋板，襯底在Se氣氛下以10oC/min的速率降溫；直至襯底溫度低于 250〇C后關(guān)閉Se蒸發(fā)源，襯底自然降低到室溫。在CIGS吸收層生長(zhǎng)過程中，Na原子通過 IGS應(yīng)力緩沖層擴(kuò)散進(jìn)入CIGS薄膜中，使CIGS吸收層的載流子濃度從3X IO16Cm 3提高到 2 X IO17Cm 3 (提高了近7倍），顯著改善了該層薄膜的電學(xué)性質(zhì)，相應(yīng)CIGS薄膜電池的開路 電壓提高了 10%，填充因子提高了 10%-20%。同時(shí)，這種通過IGS應(yīng)力緩沖層摻入Na的 方式避免了單獨(dú)沉積NaF層對(duì)CIGS薄膜與PI/Mo襯底結(jié)合力的影響。
[0036] 在CIGS吸收層上依次用化學(xué)水浴法沉積50nm厚度的CdS緩沖層，用射頻磁控濺 射法沉積i-Zn0/Zn0:Al窗口層，兩層薄膜的厚度分別為50nm和300nm。最后蒸發(fā)Ni-Al柵 電極，Ni和Al的厚度分別為0· 05 μπι和3 μπι，最后采用蒸發(fā)工藝沉積厚度約為IOOnm的 18匕減反射層，得到小面積柔性CIGS薄膜太陽電池。與實(shí)施例1的結(jié)果相同，一定厚度的 IGS緩沖層有效改善了 CIGS吸收層在PI襯底/Mo薄膜上的附著性，避免了 CIGS吸收層的 脫落問題。
[0037] 本實(shí)施例具有所述的能夠獲得高結(jié)合力CIGS吸收層，有效避免了柔性襯底上的 CIGS薄膜因內(nèi)應(yīng)力而開裂、甚至脫落等問題，改善了吸收層電學(xué)性質(zhì)，改善CIGS薄膜結(jié)晶 質(zhì)量等積極效果。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種柔性襯底上制備高結(jié)合力吸收層的方法，其特征是：柔性襯底上制備高結(jié)合力 吸收層時(shí)，在CIGS吸收層與Mo電極層之間設(shè)計(jì)一（1叫 x，Gax)2Se3薄膜0. 2〈x〈0. 8應(yīng)力緩 沖層；柔性CIGS薄膜太陽電池包含多層結(jié)構(gòu)；制備應(yīng)力緩沖層（Inlx，Gax) 2Se3薄膜的工藝 步驟為：整個(gè)蒸發(fā)腔室的真空壓強(qiáng)達(dá)到1 X 10 4Pa，在CIGS薄膜吸收層沉積之前，采用共蒸 發(fā)In、Ga和Se元素沉積（1叫x，Ga x) 2Se3薄膜；沉積過程中，襯底溫度350°C~480°C，蒸發(fā) 腔室中始終保持Se氣氛；Ga、In蒸發(fā)源的溫度分別恒定為900°C -1100°C、800°C -1000°C， Se蒸發(fā)源為250°C~350°C保持恒定，得到（1叫x，Gax)2Se 3薄膜，然后沉積CIGS吸收層。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性襯底上制備高結(jié)合力吸收層的方法，其特征 是：（lni x，Gax) 2SeJ^膜沉積速率為10-50nm/min，沉積過程中腔室的真空壓強(qiáng)保持 0· 8-1. 2X10 3Pa〇3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的柔性襯底上制備高結(jié)合力吸收層的方法，其特征是：柔 性CIGS薄膜太陽電池包含多層結(jié)構(gòu)，采用柔性PI襯底或金屬襯底襯底，其上結(jié)構(gòu)依次為 Mo底電極、應(yīng)力緩沖層（? x，Gax)2Se3薄膜、p型CIGS吸收層、η型CdS緩沖層、i-ZnO層和 ΖηΟ:Α1窗□層、Ni/Al金屬柵電極。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的柔性襯底上制備高結(jié)合力吸收層的方法，其特征是：Mo底電 極厚度為〇· 5~1 μ m，應(yīng)力緩沖層（In! x, Gax) 2Se3薄膜厚度為100nm~lOOOnm，p型CIGS 吸收層厚度為1~3 μ m，η型CdS緩沖層厚度為45-55nm，i-ZnO層和ZnO: A1窗口層厚度分 別為 50nm 和 300 ~500nm。5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的柔性襯底上制備高結(jié)合力吸收層的方法，其特征是：柔 性CIGS薄膜太陽電池包含多層結(jié)構(gòu)，采用柔性PI襯底或金屬襯底襯底，其上結(jié)構(gòu)依次為 Mo底電極、應(yīng)力緩沖層（? x，Gax)2Se3薄膜、p型CIGS吸收層、η型CdS緩沖層、i-ZnO層和 ΖηΟ:Α1窗口層、Ni/Al金屬柵電極，在上述電池結(jié)構(gòu)的表面沉積一層MgF2減反射層。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的柔性襯底上制備高結(jié)合力吸收層的方法，其特征是：MgF 2減 反射層厚度為90-110nm〇
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種柔性襯底上制備高結(jié)合力吸收層的方法。本發(fā)明屬于銅銦鎵硒薄膜太陽電池技術(shù)領(lǐng)域。一種柔性襯底上制備高結(jié)合力吸收層的方法，其特征是：柔性襯底上制備高結(jié)合力吸收層時(shí)，在CIGS吸收層與Mo電極層之間設(shè)計(jì)一應(yīng)力緩沖層；柔性CIGS薄膜太陽電池包含多層結(jié)構(gòu)；制備應(yīng)力緩沖層(In1-x,Gax)2Se3薄膜的工藝步驟為：采用共蒸發(fā)In、Ga和Se元素沉積IGS薄膜；沉積過程中，襯底溫度350℃～480℃，蒸發(fā)腔室中始終保持Se氣氛；Ga、In、Se蒸發(fā)源的溫度恒定，得到(In1-x,Gax)2Se3薄膜，然后沉積CIGS吸收層。本發(fā)明具有能夠獲得高結(jié)合力CIGS吸收層，有效避免了柔性襯底上的CIGS薄膜因內(nèi)應(yīng)力而開裂、甚至脫落等問題，改善了吸收層電學(xué)性質(zhì)，改善CIGS薄膜結(jié)晶質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】H01L31/18
【公開號(hào)】CN105679877
【申請(qǐng)?zhí)枴?br>【發(fā)明人】王赫, 喬在祥, 趙彥民, 李微, 張超, 楊亦桐, 王勝利, 楊立
【申請(qǐng)人】中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十八研究所
【公開日】2016年6月15日
【申請(qǐng)日】2014年11月17日