[发明专利]铜铟镓硒硫或铜铟镓硒或铜铟镓硫薄膜太阳能电池吸收层的制备方法及镀膜设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种铜铟镓硒硫或铜铟镓硒或铜铟镓硫薄膜太阳能电池吸收层的制备方法及镀膜设备。

背景技术

现有的铜铟镓硒硫(CuInGaSeS)或铜铟镓硒(CuInGaSe)或铜铟镓硫(CuInGaS)薄膜太阳能电池的制备方法被分为两大类：第一类被称为多元共蒸法，第二类被称为硒化和/或硫化法。多元共蒸法的特点为铜、铟、镓、硒(或硫)四种成分同时蒸发，或先镀铟、镓、硒，再镀铜、硒，最后再镀铟、镓、硒的3段法。共蒸发法特点是薄膜的晶体大，容易实现元素的梯度分布，电池转换效率高，世界纪录小面积电池效率19.9％和大面积120×60cm²组件效率超过13％都是由蒸发法制备的。但是该方法对设备要求严格，蒸发过程不容易控制，大面积均匀性与连续化生产难度很大。

第二类的硒化和/或硫化法则较适用与大面积的量产。先镀上铜、铟、镓的金属前驱膜，然后再放入高温加热的容器内，充入媒介氩气或其它等与铜、铟、镓不反应的保护气体，同时充入少量硒化氢或硫化氢进行硒化和/或硫化，使该层由铜、铟、镓反应成铜铟镓硒或铜铟镓硫的晶体膜，这种方法的优点是把镀铜、铟、镓与硒及硫分别镀，能够较准确地控制铜、铟、镓的成分比例。该方法制备的大面积铜铟镓硒硫或铜铟镓硒或铜铟镓硫薄膜均匀性好，设备和工艺比较容易实现。但是，由于在硒化和/或硫化时要用到剧毒的硒化氢及硫化氢，该气体易燃易爆，安全性不好，价格昂贵，运输储存困难，不符合安全、环保、廉价的发展方向。因此管理及安全措施极其重要，且需要复杂的废气回收设备，投资较大。

发明内容

本发明的目的是提供一种铜铟镓硒硫或铜铟镓硒或铜铟镓硫薄膜太阳能电池吸收层的制备方法及镀膜设备，利用本发明的制备方法和设备来进行铜铟镓硒硫或铜铟镓硒或铜铟镓硫薄膜太阳能电池吸收层的镀膜，不但可以保持原有方法的较高转换效率，也避免使用硒化氢或硫化氢等剧毒气体，提高镀膜加工安全，还提高了硒源和/或硫源的使用效率。

本发明的技术方案是：

一种铜铟镓硒硫或铜铟镓硒或铜铟镓硫薄膜太阳能电池吸收层的制备方法，包括以下步骤：

1)制备底层导电膜：在衬底上，利用掩膜蒸发或溅射制成底层导电膜；

2)制备薄膜电池的金属前驱膜：在底层导电膜上用磁控溅射或真空蒸发的方法镀上铜、铟、镓的金属前驱膜；

3)硒化和/或硫化反应：将待加工模块置于反应容器中，然后将反应容器抽成真空状态，将不与铜、铟、镓反应的保护气体以及硒化和/或硫化反应源送入反应容器中，在反应容器内进行加热和等离子放电，使得部分硒分子和/或硫分子在等离子体下被激发成游离态和离化态在金属前驱膜上进行硒化和/或硫化反应。

一种铜铟镓硒硫或铜铟镓硒或铜铟镓硫薄膜太阳能电池吸收层的镀膜设备，包括反应容器、设于反应容器外并与之连通的真空泵、设于反应容器内的加热装置和给反应容器内提供等离子体的等离子体发生装置，所述反应容器下方设有上端伸入反应容器内部的转动轴，所述反应容器还连通设有保护气体输入装置和硒化和/或硫化反应源装置。

本发明进一步的技术方案是：

一种铜铟镓硒硫或铜铟镓硒或铜铟镓硫薄膜太阳能电池吸收层的制备方法，包括以下步骤：

1)制备底层导电膜：在衬底上，利用掩膜蒸发或溅射制成底层导电膜；

2)制备薄膜电池的金属前驱膜：在底层导电膜上用磁控溅射或真空蒸发的方法镀上铜、铟、镓的金属前驱膜；

3)硒化和/或硫化反应：将待加工模块置于反应容器中，然后将反应容器抽成真空状态，将不与铜、铟、镓反应的保护气体以及硒化和/或硫化反应源送入反应容器中，在反应容器内进行加热和等离子放电，使得部分硒分子和/或硫分子在等离子体下被激发成游离态和离化态在金属前驱膜上进行硒化和/或硫化反应。

步骤3)中所述硒化和/或硫化反应源为低温下能够气化的有机金属硒和/或有机金属硫，所述气化的有机金属硒和/或有机金属硫在高温及等离子气氛下分解成氧化碳以及硒分子和/或硫分子，所述氧化碳被抽出反应容器外。

步骤3)中所述硒化和/或硫化反应源为带有硒和/或硫的蒸发源。

步骤3)中将保护气体以及硒化和/或硫化反应源送入反应容器中至真空度为10^-3Pa数量级到大气压(1.013×10⁵Pa)范围，进行加热和等离子放电。

所述等离子体为感应耦合等离子体、RF等离子体或DC等离子体。

所述保护气体为氮气、氢气或惰性气体。