[发明专利]薄膜太阳电池CIGS层的硒化方法

说明书

技术领域

本发明属于CIGS薄膜太阳电池吸收层制备装置技术领域，特别是涉及一种薄膜太阳电池CIGS层的硒化方法。

背景技术

CIGS薄膜太阳电池因其具有高转换效率、无光致衰退、抗辐射性能好、低成本、适合卷对卷工艺大规模生产等优点，被认为是最具有发展潜力的薄膜太阳电池。该电池典型结构由衬底、Mo层金属背电极、CIGS层吸收层、CdS缓冲层、窗口层高阻i:ZnO、低阻ZnO:Al、MgF₂减反射膜以及Ni-Al栅电极构成。其中CIGS吸收层的制备是CIGS太阳电池的核心技术。

多元共蒸发法是目前制备CIGS吸收层工艺中被使用最广泛和最成功的方法。多元共蒸发法制备CIGS层，由铜、铟、镓、硒四种元素以Se蒸汽形式在具有一定温度的衬底上反应化合形成Cu(In_xGa_1-x)Se₂的多元合金相。在制备过程中，硒加热蒸发方法产生硒蒸气以供应反应需要，这种方式的优点是简单、易行；但随着硒料的消耗会造成硒源蒸汽压发生变化，进而影响到硒蒸发量的稳定性。而且以这种方式制备的Se蒸汽硒常以Se_n（n≥5）大原子团簇形式存在，过大的n值严重的降低了分子团簇中硒原子的有效接触面积，直接导致了反应活性及原料使用率的降低、薄膜成份均匀性差、局部偏离化学计量比等现象，使得Se气氛分布不均匀而严重影响CIGS层成膜质量，导致CIGS薄膜太阳电池的光电转换效率难以提高。

发明内容

本发明为解决背景技术中存在的技术问题而提供能够将低活性Se_n（n≥5）大原子团裂解为较高活性Se_n（n＜5）小原子团，硒料的利用率高和硒蒸发均匀、稳定，CIGS吸收层的成膜质量好，提高CIGS薄膜太阳电池光电转换效率的一种薄膜太阳电池CIGS层的硒化方法。

本发明采取的技术方案是：

薄膜太阳电池CIGS层的硒化方法，其特点是：包括以下硒化过程：

⑴用气体离化器通过输气管路将带有Se源料桶的Se源蒸发区和带有喷嘴部分的气体输出区连接后，气体离化器的离化腔室中加温至400℃~500℃，通入Ar气，Ar生成等离子带电体，存在于两个电极之间，离化腔室形成辉光放电区；

⑵将Se源料桶中的固态Se加热至200-300℃，固态Se生成低活性Se_n（n≥5）大原子团Se蒸汽进入到400℃~500℃的辉光放电区；辉光放电区中的大原子团Se蒸汽裂解成Se_n（n＜5）小原子团Se蒸汽后，进入到400℃~500℃的气体输出区；

⑶调节气体输出区中小原子团Se蒸汽的流量，将小原子团Se蒸汽喷射到衬底表面，参与薄膜太阳电池衬底上CIGS层的反应成膜；反应成膜完成后，先关闭Se蒸汽，待气体离化器中的温度降至150℃以下后再停止Ar气的提供。

本发明还可以采用如下技术措施：

所述⑶的气体输出区中小原子团Se蒸汽喷射流量由适配器和气体流量控制器控制；

所述⑴中将固态Se加热至190℃及以下，再通入Ar气；

所述气体离化器包括一端带有法兰的圆柱形不锈钢离化器壳体，离化器壳体内置有作为绝缘层的热塑性塑料，绝缘层的上部分为台阶孔状的热塑性塑料，台阶孔内有两个电极，一个电极为外壁包于绝缘层内壁的环形电极，另一个电极为位于环形电极中心处的柱状电极，两个电极之间的空隙形成离化腔室；绝缘层的下部分为圆柱轴状的热塑性塑料，圆柱轴状的热塑性塑料及不锈钢离化器壳体通过陶瓷密封穿有通向离化腔室的Se蒸汽输入管、两个电极引出与适配器37两端连接的电极接线柱，以及通向柱状电极的Ar气输入管，Ar气输入管另一端经气体流量控制器通向Ar气容器中；气体离化器上法兰一端的离化器壳体放入两端均带有法兰的输气管路中，气体离化器上法兰另一端的Se蒸汽输入管、Ar气输入管、电极接线柱一端放入另一个两端均带有法兰的输气管路中，气体离化器上的法兰与两个输气管路上的法兰之间放置铜垫圈后，通过螺栓密封固装成一体；