[发明专利]一种铜铟硒基太阳能薄膜电池光吸收层用陶瓷靶材制备方法

说明书

技术领域

本发明属于太阳能电池薄膜、溅射靶材等领域，涉及一种CuIn_xGa_1-xSe₂（0＜x＜1）光吸收层制备用陶瓷靶材的制备方法。

背景技术

铜铟镓硒（CIGS）薄膜电池具有转换效率高（最高转换效率接近20%），制造成本低，同时其可在聚酰亚胺薄膜等柔性衬底上沉积，具有柔性特点，可在诸多特殊领域应用，如野外作业帐篷、航天器、太阳能帆板等。目前，铜铟镓硒薄膜太阳能电池是国际、国内光伏领域研究的热点，世界各国也投入了大量的资金在快速推动其大规模产业化。目前制备CIGS薄膜太阳能电池的主流方法有共蒸发法、金属后硒化法以及化学溶液发等，共蒸发法制备的电池转换效率高，但其控制难度大、设备成本；金属后硒化方法生产效率高，适合工业化制备，但其在硒化过程中发生化合反应，膜层体积变化大，应力大，大面积制备时，质量稳定性控制难度较大；化学溶液发的最大优势是成本低，但转换效率一般都比较。近年来，有研究团队采用CIGS陶瓷靶溅射，随后补硒的工艺制备CIGS光吸收层，该方法可有效解决共蒸发工艺存在的成分控制难度大问题，同时CIGS陶瓷靶沉积的前驱膜已经具有黄铜矿结构，补硒工艺只是使其满足化学计量比要求，因此可避免后硒化工艺存在的膜层体积变化较大的问题。

由于CIGS陶瓷靶是四元合金，因此合成工艺较复杂，靶材成品率较低，靶材质量稳定性较差，成本较高，而成本和质量稳定性是影响其产业化的关键因素之一。因此简化靶材制备工艺，提高靶材成品率和质量稳定性，降低靶材成本对CIGS薄膜太阳能电池的产业化具有重要的意义。

发明内容

本发明的目是针对现有CIGS薄膜太阳能电池用CIGS靶材存在的质量不稳定和成本高问题，提供一种CIGS太阳能薄膜电池光吸收层用陶瓷靶材制备方法，本发明可提高CIGS陶瓷靶的稳定性，降低成本。

本发明方法步骤如下：

1．根据所要获得的铜铟硒基太阳能薄膜电池光吸收层的成分,计算各二元陶瓷块在靶材溅射区域所占的面积比例，将所述的面积比例换算为相应的环状扇形的角度，并将对应的角度8等份，作为最小单元；随后量出该溅射阴极的溅射区域尺寸。设计陶瓷块尺寸时，环状扇形的宽度应比溅射区域尺寸大20%；

2.将Ga₂Se₃、In₂Se₃和CuSe三种二元陶瓷板加工成设计的尺寸，通过调整各环状扇形角度可调整靶材的成分，本发明Ga₂Se₃、In₂Se₃和CuSe环状扇形最小单元角度范围分别为5°～8°、16°～20°和20°～22°；

3.将加工好的陶瓷块放入磁控溅射设备，在其上于室温下沉积1μm厚Ni；

4.在铜背板上加工出镶嵌陶瓷块的环形区域，即镶嵌区，将In₅₀Sn₅₀低温焊料均匀涂敷在铜背板上，随后把镀有Ni的各陶瓷块交叉装入铜背板镶嵌区，相同材料的陶瓷块不能相邻；

5.将拼接好的靶材放入真空炉中，并在靶材上施加30～35g/cm²的压力，真空抽至10Pa以下，以10℃/min升温至135℃，保温10S，随后快速降温至室温，取出靶材。

附图说明

图1本发明靶材俯视图；

图2本发明靶材剖面图；

图3实施例1靶材平面图；

图4实施例2靶材平面图；

图5实施例3靶材平面图；

图6实施例4靶材平面图；

图7实施例5靶材平面图；

图1和图2中：Tc为铜背板，T1、T2、T3陶瓷块；

图3～图7中：1为CuSe陶瓷扇形环最小单元、2为In₂Se₃陶瓷扇形环最小单元、3为Ga₂Se₃陶瓷扇形环最小单元。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。

实施例1

1、本实施例靶材尺寸为□80mm，扇形环的内半径为10mm，外半径为35mm，如图1和2所示的Tc部分；

2、In₂Se₃、Ga₂Se₃和Cu₂Se的最小环状扇形的角度分别为5°，20°和20°；