[发明专利]铜铟镓硒靶材连续溅射制备CIGS太阳电池吸收层的新工艺

说明书

技术领域

本发明是涉及铜铟镓硒（Cu(In,Ga)Se₂ 简称CIGS）太阳电池制备工艺，通过使用不同组成的CIGS靶材进行连续溅射制备出CIGS太阳电池吸收层。涉及晶体生长技术、器件物理和新型太阳能电池，属于新材料技术以及新能源技术领域。

背景技术

众所周知，利用太阳能有许多优点，光伏发电将为人类提供主要的能源，但目前来讲，要使太阳能发电具有较大的市场，被广大的消费者接受，提高太阳电池的光电转换效率，降低生产成本应该是我们追求的最大目标。随着对器件物理、光学特性、共蒸发技术认识的加深，铜铟镓硒太阳电池的制作工艺不断向前发展，电池的结构更趋合理，电池的效率不断提高，导致实验室水平和工业化大生产的距离不断缩小。铜铟镓硒太阳电池在薄膜太阳电池中最具代表性，具备光电转换效率高、成本低、性能稳定、抗辐射能力强等特点，铜铟镓硒太阳电池被学术界和产业界普遍认为是最有发展前景的太阳电池之一。

本方法结合不同组成的铜铟镓硒靶材特点，连续溅射制备成本低、工艺简单、高性能的新型CIGS太阳电池吸收层，提高太阳电池光电转换效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有低成本和高性能的CIGS太阳电池吸收层的制备新工艺，使用了不同组成的铜铟镓硒靶材，降低CIGS太阳电池的生产成本，提高CIGS太阳电池的光电转换效率。

本发明的技术方案是这样的：在刚性镀Mo玻璃或者柔性基体上，使用连续磁控溅射方法，先后得到富Ga相Cu(In,Ga)Se₂薄膜和富In相Cu(In,Ga)Se₂薄膜，通过磁控溅射(In,Ga)Se或(In,Ga)₂Se₃靶材，粗调CIGS太阳电池吸收层的组成，最后使用使用多元共蒸发技术，同时蒸发In、Se金属，微调Cu(In,Ga)Se₂吸收层的组成，得到p⁺-CuGaSe₂和p-Cu(In,Ga)Se₂薄膜。通过上述方法，降低CIGS太阳电池制造成本，提高CIGS太阳电池光电转换效率和CIGS太阳电池的良品率。

所制备的CIGS太阳电池吸收层的新工艺，通过如下步骤实现：

一、在镀Mo玻璃或者柔性基体上，使用磁控溅射技术溅射富Ga的CIGS靶材，制备出富Ga相Cu(In,Ga)Se₂薄膜。

二、在富Ga相Cu(In,Ga)Se₂薄膜上，继续使用磁控溅射技术溅射富In的CIGS靶材，制备出富In相Cu(In,Ga)Se₂薄膜。

三、在富In相Cu(In,Ga)Se₂薄膜上，通过使用溅射(In,Ga)Se或(In,Ga)₂Se₃靶材制备出(In,Ga)₂Se₃或(In,Ga)Se薄膜，粗调CIGS太阳电池吸收层的组成。

四、使用多元共蒸发技术，同时蒸发In、Se金属，微调Cu(In,Ga)Se₂吸收层的组成，得到p⁺-CuGaSe₂和p-Cu(In,Ga)Se₂薄膜。

附图说明

图1为铜铟镓硒太阳电池吸收层的结构及制备工艺。

具体实施方式

铜铟镓硒靶材连续溅射制备CIGS太阳电池吸收层的新工艺使用了连续磁控溅射技术及多元共蒸发技术，具体工艺如下：第一步待溅射室抽真空至1×10^-3Pa时，开始加热镀Mo的玻璃或不锈钢基体，通入氩气调节溅射室真空度，使工作气压为1.0-4.0Pa，两极电压为V_d=200-300V，使用Cu(In_0.4,Ga_0.6)Se₂靶材，溅射时间为10-30min，衬底温度为150-250^oC，得到富Ga相Cu(In,Ga)Se₂薄膜；第二步使用Cu(In_0.7,Ga_0.3)Se₂靶材，在富Ga相Cu(In,Ga)Se₂薄膜上继续溅射，溅射时间为10-20min，衬底温度为150-250^oC，得到富In相Cu(In,Ga)Se₂薄膜；第三步使用(In,Ga)Se或(In,Ga)₂Se₃靶材，在富In相Cu(In,Ga)Se₂薄膜继续溅射(In,Ga)Se薄膜，溅射时间为5-10min，衬底温度为150-250^oC，粗调Cu(In,Ga)Se₂薄膜的组成；第四步使用多元共蒸发技术，待真空至1×10^-5Pa时，同时蒸发In、Se金属，蒸发时间为1-5min，衬底温度为550-600 ^oC，微调Cu(In,Ga)Se₂吸收层的组成，得到p⁺-CuGaSe₂和p-Cu(In,Ga)Se₂薄膜。