[发明专利]薄膜太阳能电池吸收层用硒化物材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种薄膜太阳能电池吸收层用硒化物材料的制备方法，所述的硒化物材料是Cu₂Se_x, In₂Se_y，Al₂Se _y，Ga₂Se _y，x的取值为0.95～1.05，y的取值为2.8～3.2，制备的材料状态为粉末或块体靶材。

背景技术

CuAlSe₂, CuInSe₂，Cu(InGa)Se₂, Cu(AlGa)Se₂作为光吸收层、具有抗辐射、性能稳定的特点，可以制备成成本较低的太阳能薄膜电池，适合民用，其制备方法目前比较成熟的方法一般采用先溅射后硒化（或硫化）工艺，这种方法不能保证薄膜成分和厚度的均匀性，而且硒化工艺涉及剧毒硒化物（或硫化物），在制备过程中对设备要求较高。为了简化工艺和降低成本，美国学者利用CuInGaSe靶材，通过一步溅射的方法制备了CIGS光吸收层（C.Suryanarayanaa，E.Ivanovb, R.Nou，M.A.Contrerasc，J.J.Moore Synthesis and processing of a Cu-In-Ga-Se sputtering target，Thin Solid Films,1998 v332. 340-344），这种工艺大大简化了制备流程，能够精确控制薄膜成分和厚度，使硒化工艺简化甚至取消。

清华大学张弓等人利用Cu₂Se， In₂Se₃，Al₂Se₃，Ga₂Se₃粉末合成CuAlSe₂, CuInSe₂，Cu(InGa)Se₂，Cu(AlGa)Se₂靶材（张弓等 一种制备铜铟硒溅射靶材的工艺 专利公开号：CN 101333645A；庄大明等 铜铟镓硒或铜铟铝硒太阳能电池吸收层靶材及其制备方法 专利公开号：CN 101397647A），韩国学者利用Cu₂Se， In₂Se₃，Cu₂S，In₂S₃ 靶材合成了CuInGaSSe薄膜。 (Kyoo-Ho Kim, Effect of Ga, S Additions in CulnSe2 for Solar Cell Applications, J Kor. Inst. Sur. Eng.  V58(4), 2004, P191-195)，使用Cu₂Se， In₂Se₃，Al₂Se₃，Ga₂Se₃靶材合成薄膜太阳能电池吸收层是个可行的方法。

因此，Cu₂Se， In₂Se₃，Al₂Se₃，Ga₂Se₃粉末成为制备相应薄膜太阳能电池吸收层靶材的关键材料。Cu、In、Ga、Al、Se五个元素间的熔点、沸点、密度差异性很大（其熔点分别是1083.4℃、156.6℃、29.7℃、660.4℃和217℃；其沸点分别是2567℃、2080℃、2204℃、2467℃和684.9℃；其密度分别是8.96g/cm³、7.3g/cm³、5.9g/cm³、4.8g/cm³、2.7g/cm³），尤其是：硒的沸点不仅低（684.9℃），而且其在沸点时的蒸汽压很高（1×10⁵Pa），合金制备过程中容易造成Se的大量挥发和Se在合金表面的漂浮，使其不能完全与合金融合，难以形成一体化合金；还有硒与Ga、In发生剧烈的化学反应，制备工艺设计不合理，容易造成设备的毁坏、环境的污染和硒的损失。因此，控制Se的挥发和Se在合金中的均匀分布，是难点也是关键。

发明内容