[发明专利]一种太阳电池用铜铟硒光电薄膜材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于太阳电池用光电薄膜制备技术领域，尤其涉及一种制备太阳电池用铜铟硒(CuInSe₂)光电薄膜的制备方法。

背景技术

随着社会和经济的发展，我国能源消费总量在2004年已经位居世界第二，约占世界能源消费总量的11％，能源紧缺及消费能源带来的污染同样已成为国内社会发展中的突出问题，因此开发利用清洁能源对保护环境、经济可持续发展和构筑和谐社会都有重要的意义。光伏发电具有安全可靠、无噪声、无污染、制约少、故障率低、维护简便等优点，可以利用太阳能这种清洁、安全和环保的可再生能源，因此近几十年来太阳电池的研究和开发日益受到重视。

铜铟硒基薄膜太阳电池目前可以认为是最有发展前景的薄膜电池，这是因为其吸收层材料CuInSe₂具有一系列的优点：(1)在CuInSe₂基础上掺杂其它元素，如使Ga或Al部分取代In原子，用S部分取代Se，即制备成Cu(In_1-xGa_x)Se₂，Cu(In_1-xGa_x)(Se_2-yS_y)^[10]，Cu(In_1-xAl_x)(Se_2-xS_x)，其晶体结构仍然是黄铜矿。改变其中Ga/(Ga+In)等的原子比，可以使其禁带宽度在1.04～1.72eV之间变化，包含高效率吸收太阳光的带隙范围1.4～1.6eV；(2)CuInSe₂、Cu(In_1-xGa_x)Se₂是直接带隙的半导体材料，对太阳光谱响应特性非常大，它的吸收系数很高，光吸收率高达1～6×10⁵cm^-1，因而电池中所需CuInSe₂、Cu(In_1-xGa_x)Se₂薄膜厚度很小，约2μm，最适于太阳电池薄膜化；(3)化学计量比CuInSe₂的光量子效率高；(4)高的光电转换效率；(5)在较宽成分范围内电阻率都较小；(6)抗辐射能力强，没有光致衰减效应，因而使用寿命长；(7)Cu(In_1-xGa_x)Se₂系电池容易做成多结系统。在4个结电池中，从光线入射方向按禁带宽度由大到小顺序排列，这时的理论转换效率极限可以超过50％。(8)P型CIGS材料的晶格结构与电子亲和力都能跟普通的N型窗口材料(如CdS、ZnO)匹配。

目前处于先进水平的Cu(In_1-xGa_x)Se₂光伏吸收材料都是在真空条件下沉积制备的，主要有真空蒸镀法和(铜铟合金膜)溅射-硒化法。CuInSe₂基吸收层的生产需要采用沉积合金层的昂贵的真空技术。真空技术中操作复杂难度大，所得薄膜也不均匀。另外含有硒化的工艺中薄膜也不均匀，难以控制各组分的化学计量比，其中H₂Se和Se的毒气污染环境和危害操作人员。

与前面所述方法一样，其它方法也有不同的缺陷。与本发明相关的还有如下文献：

[1]J.M.Merino，S.D az-Moreno，G.Sub asc，M.Leo n，Acomparative study of Cu Se and In Se bond lengthdistributions in CuInSe₂ with related In-rich compounds.ThinSolid Films 480 481(2005)：295 300.主要描述了用真空管封装工艺制备了富In的CuInSe₂化合物，研究了Cu-Se和In-Se的分布。

[2]A.Ihlal，K.Bouabid，D.Soubane，M.Nya，O.Ait-Taleb-Ali，Y.Amira，A.Outzourhit b，G.Nouet c，Comparative study ofsputtered and electrodeposited CI(S，Se)and CIGSe thin films.Thin Solid Films 515(2007)5852 5856.