[发明专利]一种柔性不锈钢衬底上CIGS吸收层制备方法

说明书

一、技术领域

本发明专利涉及光伏器件CIGS薄膜太阳电池的制备工艺，尤其涉及柔性不锈钢衬底上吸收层CIGS的沉积和处理方法。 

二、背景技术

对薄膜太阳电池组件来说，迄今为止，用Cu(InGa)Se₂(CIGS)薄膜做吸收层的太阳电池具有最高的光电转换效率20.3％。轻质的柔性CIGS薄膜太阳电池组件不仅拓宽了太阳电池在地面应用的范围，同时由于其便于使用卷对卷工艺，而使其发电成本降低。作为CIGS薄膜太阳电池的关键部件，CIGS的沉积处理工艺对其光电特性和太阳电池的光电转换效率有着至关重要的影响。 

Mo/CIGS背接触靠近CIGS最大吸收区，背接触特性严重退化，可导致吸收效率降低。降低背接触影响的第一个方法为使用粘附层，增加CIGS在Mo的附着性，降低背接触电阻，增加空穴载流子的收集效率；第二个方法为使用带隙梯度，使靠近吸收层背面的Ga含量最大，靠近吸收层表面的Ga含量最小。通过增加吸收层的晶粒尺寸和晶粒排列有序度增加载流子迁移率，可降低载流子复合。此外减小CIGS表面粗糙度，不但可降低载流子表面复合，还可改善CIGS/CdS界面的电学特性。当前通过典型的三步法和高温Se化法沉积的CIGS吸收层并不能保证形成Ga分布的“后偏析”，大的柱状晶粒，Mo/CIGS界面良好的欧姆特性，吸收层表面呈镜面状和良好的CIGS/CdS界面特性。 

高转换率黄铜矿CIGS薄膜太阳电池要求CIGS吸收层中掺入0.1％的Na。Na改进CIGS膜的生长机理，同时掺入CIGS晶格中形成NaInSe₂，在晶粒边界处，使施主型缺陷In_Cu钝化成Na_Cn。此外，由于Na扩散伴随着O扩散，Na扩散到施主型的V_Sc处，易形成中性的O_Sc，从而使净受主缺陷增多，P型导电性增强，光生载流子复合减少，光生电流增强。柔性太阳电池优先选择的衬底是金属(如不锈钢)和聚酰亚胺箔，其中不含有对CIGS薄膜有重要影响的Na，因此为了优化无Na衬底上太阳电池的性能，需要在CIGS层的最佳部位，加入的最佳量的Na。由于Na可阻止Cu、In、Ga的扩散而使Mo层的生长发生改变。当前文献中常见的几种Na预制层的沉积部位和时机，使得掺入的Na参与了CIGS膜层生长，这使得当Na的掺入量较大时，容易生成晶粒较小，取向度较差的CIGS膜层，同时占据Cu晶格位的Na原子增多，而使Mo层的P型导电性减弱，晶粒边界处光生载流子复合增强，光生载流子减小，致使太阳电池的光电转换率不高。 

发明内容

鉴于当前CIGS吸收层沉积中存在的问题，和无钠的柔性不锈钢衬底上CIGS吸收层Na掺杂所存在的问题，在此我们提出了以下的柔性不锈钢衬底上沉积和处理CIGS吸收层的方法，其具体方法如下：在Mo与CIGS间形成CuGaSe₂，在沉积(In_1-xGa_x)₃Se₅预制层时采用高的[Ga]/[In+Ga]比，采用590℃和高的[Cu]/[In+Ga]比形成富铜的满足化学计量比的Cu(InGa)Se₂和二次相Cu_xSe，最后通过Br₂水溶液刻蚀Cu(InGa)Se₂表面二次相Cu_xSe和在其上沉积贫铜富铟的InSe₃膜层。在低温下蒸发沉积Na预置层，再在较高温度下对样品进行快速退火，使其扩散到晶粒表面和边界处，这为制备高光电转换效率的CIGS太阳电池提供了可能。 

优选的，在甲苯、丙酮、异丙醇和去离子水超声清洗的不锈钢衬底上，在Ar气氛下，直流溅射沉积30nm的Ti膜层。在Ti膜表面，在Ar气氛下直流溅射沉积Mo背接触层。 

优选的，在380℃的Mo层表面共蒸发沉积Cu、Ga、Se，使其形成厚0.2μm、[Cu]/[Ga]＝1.55的CuGaSe₂膜层。蒸发沉积期间，Cu源的蒸发温度固定在1070℃，Se源的蒸发温度固定在185℃，Ga源的蒸发温度固定在890℃。以增强CIGS层在涂敷Mo的钠钙玻璃沉底上的附着性，减小背接触电阻，增强Mo的欧姆接触特性，同时有利于生长贯穿整个膜层厚度的，垂直于膜层表面排列的柱状晶粒。