[发明专利]一种在太阳能电池阴极基底上形成光吸收层的方法

说明书

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，尤其涉及一种在太阳能电池阴极基底上形成光吸收层的方法。

背景技术

薄膜太阳能电池，具有制造成本低、高光电转化效率、抗辐射能力强、性能稳定等优点；其结构一般为：减反射层/金属栅状电极/透明电极层/窗口层/过渡层/光吸收层/金属背电极/基底。其中，光吸收层为黄铜矿结构的铜铟硒（CIS）薄膜或铜铟镓硒(CIGS) 薄膜。

目前，CIGS薄膜的制备方法主要采用溅射后硒化或硫化法，即通过在基底上先磁控溅射沉积铜铟镓(Cu-In-Ga，简称CIG)形成金属预置层，然后在Se气氛中硒化或在S气氛中硫化形成CIGS薄膜；也可先硒化后硫化或者先硫化后硒化，最终形成所需的或Cu(In，Ga)(Se，S)₂化合物半导体薄膜。目前，硒化和/或硫化过程中所采用的Se气氛或S气氛，可直接采用H₂Se或H₂S气体，也可直接采用固态Se或S气化产生硒原子或硫原子。其中，采用H₂Se或H₂S气体得到的光吸收层薄膜质量较好，所得的CIS电池能量转化效率也较高，但H₂Se、H₂S均为剧毒气体，且易燃、造价高，对保存、操作的要求非常严格，大大限制了其应用。

CN1547239A中公开了一种光电薄膜材料的制备方法，先在基底上沉积金属预置层，然后在热处理真空室内对金属预置层进行光硒化和/或硫化。其中，光硒化和/或硫化通过用接触式热源和光辐射对固态硒源或固态硫源协同加热，产生硒原子或硫原子与金属预置层中的金属原子进行合成反应形成光吸收层的方法。但是该方法中，为使硒原子、硫原子与金属原子充分反应，硒化或硫化过程中必须始终保持充足的硒或硫气氛，否则接触不充分，反应转化率较低，得到的光吸收层薄膜质量较差；而且该方法需在真空条件下操作，对设备的要求高，能源消耗大，导致产品成本高，不利于工业生产。。

发明内容

本发明解决了现有技术中存在的制备光吸收层使用有毒气体、对设备要求严格导致不适于工业应用的技术问题。

本发明提供了一种在太阳能电池阴极基底上形成光吸收层的方法，包括以下步骤：

1）在太阳能电池阴极基底上形成金属预置层，所述金属预置层为CuIn、CuGa或CuInGa；

2）惰性气氛下将Se和/或S熔融，形成熔融液；

3）将形成有金属预置层的太阳能电池阴极基底浸入熔融液中，进行硒化和/或硫化反应，反应完成后即在太阳能电池阴极基底上形成所述光吸收层。

本发明提供的在太阳能电池阴极基底上形成光吸收层的方法，通过将Se、S熔融形成熔融液，然后将表面具有金属预置层的太阳能电池阴极基底浸没于熔融液中，从而保证金属预置层与Se、S的充分接触，从而发生硒化和/或硫化，反应转化率高；且无需在真空下进行，对设备要求低，操作简单，成本也相对较低，适于工业化生产。    

具体实施方式

本发明提供了一种在太阳能电池阴极基底上形成光吸收层的方法，包括以下步骤：

1）在太阳能电池阴极基底上形成金属预置层，所述金属预置层为CuIn、CuGa或CuInGa；

2）惰性气氛下将Se和/或S熔融，形成熔融液；

3）将形成有金属预置层的太阳能电池阴极基底浸入熔融液中，进行硒化和/或硫化反应，反应完成后即在太阳能电池阴极基底上形成所述光吸收层。

根据本发明的方法，先在太阳能电池阴极基底上形成金属预置层。所述形成金属预置层的方法可采用现有技术中的各种方法，例如可以为磁控溅射法、加热共蒸发法或电沉积法。

所述磁控溅射法包括采用溅射靶对太阳能电池阴极基底进行溅射形成金属镀层，即金属预置层；其中所采用的溅射靶根据所需形成的金属预置层材料进行选择，可采用单靶溅射、双靶溅射或多靶溅射。例如，本发明中，形成的金属预置层为CuIn、CuGa或CuInGa，可通过单靶溅射完成，其中单靶为CuIn合金靶、CuGa合金靶或CuInGa合金靶；或者双靶同时或间隔溅射完成，其中一个靶为CuIn合金靶，另一个靶为CuGa合金靶；或者采用三靶溅射完成，三个靶分别为Cu靶、In靶、Ga靶，其中Cu靶一直溅射，In靶、Ga靶同时或间隔溅射。优选情况下，采用CuIn合金靶和CuGa合金靶单独溅射，分别形成CuIn、CuGa金属预制层；采用CuInGa合金靶单独溅射、或CuIn合金靶和CuGa合金靶同时溅射，形成CuInGa金属预制层。