[发明专利]铜铟镓硒太阳能电池、其吸收层薄膜及该薄膜的制备方法、设备

权利要求书

1.一种微-纳技术制备铜铟镓硒太阳能电池的铜铟镓硒吸收层薄膜的方法，其特征在于，包括步骤：

步骤1：制备第一层纳米量级厚度的铜铟镓硒吸收层薄膜结构，于第一层纳米量级厚度的铜铟镓硒吸收层薄膜结构上顺序制备第二层、第三层至第N层纳米量级厚度的铜铟镓硒吸收层薄膜结构，形成由N层纳米量级厚度的铜铟镓硒吸收层薄膜结构叠加起来的微米量级的铜铟镓硒吸收层薄膜，N介于10～50之间；其中，第一层至第N层纳米量级厚度的铜铟镓硒吸收层薄膜结构的每个薄膜结构的具体制备方法为，先在衬底上制备一层Cu、In、Ga三种金属的薄膜，三种金属薄膜的单独厚度依次为10～30nm、10～30nm、5～10nm；然后，再在已有的金属薄膜上利用真空蒸镀再沉积上一层元素硒薄膜，厚度为20～50nm，硒蒸镀源温度维持在260～300℃；

步骤2：对叠加起来的微米量级的铜铟镓硒吸收层薄膜进行快速退火处理。

2.根据权利要求1所述的微-纳技术制备铜铟镓硒太阳能电池的铜铟镓硒吸收层薄膜的方法，其特征在于，沉积Cu、In、Ga金属薄膜时，采用磁控溅射的方法，溅射气压维持在0.1～2pa，基底温度保持在250～400℃，溅射沉积的三种金属薄膜总厚度仅为25～60nm，三种金属的溅射顺序为先溅射In，再溅射Cu/Ga；或者为先溅射Cu/Ga，再溅射In；或者沉积Cu、In、Ga金属薄膜时，采用真空蒸镀的方法，基底温度同样保持在250～400℃，蒸镀沉积的三种金属薄膜总厚度仅为25～60nm，三种金属的蒸镀的顺序为先溅射In，再溅射Cu/Ga；或者为先溅射Cu/Ga，再溅射In。

3.根据权利要求1所述的微-纳技术制备铜铟镓硒太阳能电池的铜铟镓硒吸收层薄膜的方法，其特征在于，于步骤2的对薄膜进行快速退火处理中，处理的峰值温度为400～600℃，在这个温度的维持时间为1～30分钟，退火工艺的温度曲线中，平均升温速率为5～20℃/s，退火的氛围为氩气或氮气纯惰性氛围，或者为惰性气体加上硫化氢、硒化氢反应气体的氛围，或者为干燥、洁净的空气，加热方式为普通的电阻丝加热或者为用卤素灯红外加热或者两种加热方式的结合。

4.根据权利要求1所述的微-纳技术制备铜铟镓硒太阳能电池的铜铟镓硒吸收层薄膜的方法，其特征在于，于步骤2后，还包括将样片放在惰性气体或者真空环境下自由降温的步骤，在基底为玻璃基底时，平均降温速率为5～10℃。

5.权利要求1的微-纳技术制备铜铟镓硒太阳能电池的铜铟镓硒吸收层薄膜的方法所制得的铜铟镓硒太阳能电池的铜铟镓硒吸收层薄膜。

6.一种包括权利要求5的铜铟镓硒吸收层薄膜的铜铟镓硒太阳能电池。

7.一种微-纳技术制备铜铟镓硒太阳能电池的铜铟镓硒吸收层薄膜的设备，其特征在于，顺序包括三个真空室A、B、C，真空室A与B、B与C之间均有门阀隔离，真空室A具有一溅射区，真空室B具有一蒸镀区，真空室C具有一快速退火处理区，其中，通过样品在真空室A、B内往复进行平动，真空室A、B用于制备第一层纳米量级厚度的铜铟镓硒吸收层薄膜结构，并于第一层纳米量级厚度的铜铟镓硒吸收层薄膜结构上顺序制备第二层、第三层至第N层纳米量级厚度的铜铟镓硒吸收层薄膜结构，以形成由N层纳米量级厚度的铜铟镓硒吸收层薄膜结构叠加起来的微米量级的铜铟镓硒吸收层薄膜，N介于10～50之间；并且真空室C用于对于真空室A、B中制得的叠加起来的微米量级的铜铟镓硒吸收层薄膜进行快速退火处理。

8.根据权利要求7所述的微-纳技术制备铜铟镓硒太阳能电池的铜铟镓硒吸收层薄膜的设备，其特征在于，在真空室A中，正向设置了一个Cu/Ga合金靶，以及一个纯In靶，用于溅射沉积Cu、In、Ga金属薄膜，反向有电阻丝加热器，用于加热样片；真空室B的正向具有一个Se蒸镀线源，反向具有加热器提供250～400℃的基底温度，以完成蒸镀硒和硒化；真空室C分为两段，前段的快速退火处理区用于进行快速退火处理，快速退火处理区的正向设有能够提供快速加热的快速退火处理加热器，以获得更高的升温速率，反向设有电阻丝加热器，真空室C的后段为一降温区，用于降温，以提供适当的降温梯度，保护基片。

9.根据权利要求7所述的微-纳技术制备铜铟镓硒太阳能电池的铜铟镓硒吸收层薄膜的设备，其特征在于，样片竖直固定在一样品架上，样片带有Mo膜的一侧面向真空室的正向，样品架经一齿条传动，以自由地在三个真空室内进行平动。

10.一种微-纳技术制备铜铟镓硒太阳能电池的铜铟镓硒吸收层薄膜的系统，其特征在于，顺序包括真空室A1、B1、A2、B2、A3、B3......A_N、B_N、C，各真空室之间均有门阀隔离，真空室A1、A2、A3......A_N各具有一溅射区，真空室B1、B2、B3......B_N各具有一蒸镀区，真空室C具有一快速退火处理区，其中，在样品从真空室A1至真空室C平动过程中，真空室A1、B1、A2、B2、A3、B3......A_N、B_N用于制备由N层纳米量级厚度的铜铟镓硒吸收层薄膜结构叠加起来的微米量级的铜铟镓硒吸收层薄膜；并且真空室C用于对于真空室A1、B1、A2、B2、A3、B3......A_N、B_N中制得的叠加起来的微米量级的铜铟镓硒吸收层薄膜进行快速退火处理，N介于10～50之间。