[发明专利]一种太阳能电池吸收层的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于太阳电池制备技术领域，特别是涉及一种太阳能电池吸收层的制备方法。

背景技术

以黄铜矿结构的化合物半导体铜铟硒（CuInSe₂，简写为CIS）系列混溶晶体为直接带隙材料，以其作为吸收层的薄膜太阳电池，被认为是最有发展前景的第三代化合物光伏电池之一，其组成包括：CuInSe₂，CuIn_1-xGa_xSe₂，CuInS₂，CuIn_1-XGa_XS₂，CuIn_1-xGa_xSe_2-yS_y等。现有的铜铟镓硒（硫）薄膜太阳电池，是在20世纪80年代后期开发出来的新型太阳电池，是在钠钙玻璃、金属箔（不锈钢箔、钛箔、钼箔、铝箔等）或聚酰亚胺膜衬底上分别沉积多层薄膜构成的光伏器件，典型结构为如下的多层膜结构：衬底/底电极/吸收层/缓冲层/窗口层/减反射膜/上电极。

研究表明，吸收层铜铟镓硒（硫）薄膜对电池性能起着决定性的作用。由于元素成分多、结构复杂，主要由Cu、In、Ga、Se或/和S四种或五种元素合成，是由多种相互固溶的化合物构成，光学吸收层中个元素的化学配比及其分布是决定电池性能的重要因素。

在铜铟镓硒薄膜太阳电池中，吸收层铜铟镓硒/硫薄膜的制备方法主要分为两类：第一类方法是多元共蒸发法，以Cu、In、Ga和Se为源在真空室中进行反应共蒸发，或将Cu＋Se、In＋Se、Ga＋Se等二元分布共蒸发。共蒸发法要求每种元素的蒸发速率和在衬底上的沉积量都要求精确控制，才能得到均匀的薄膜；第二种方法是金属预制层后硒化法，先在衬底上按配比沉积Cu、In、Ga层，再在Se气氛中Se化，最终形成满足配比要求的CuIn_1-xGa_xSe₂多晶薄膜。同样用硫替代硒，进行硫化反应或先硒后硫分步法的化学热处理，形成CuIn_1-xGa_xS₂或CuIn_1-xGa_xSe_2-xS₂。第二种方法由于其利于产业化等优点而受到广泛关注，其中尤其以溅射后硒化方法应用最广泛，其技术特点为采用单质或合金靶材溅射金属预制膜Cu-In-Ga，而后采用硒化氢或固态硒源硒化，由于硒化氢剧毒而采用固态硒源则制备的吸收层薄膜的成分不易控制，使得制备的吸收层薄膜的性能不如共蒸发法好。

因此，本专利针对溅射后硒化工艺中的技术问题提出了一种方法简便但可提高吸收层薄膜性能更利于提高薄膜太阳电池性能的技术。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种太阳能电池吸收层的制备方法，用于解决现有技术中采用溅射法制备吸收层的成分不易控制而导致性能不佳的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种太阳能电池吸收层的制备方法，至少包括以下步骤：

1）提供一基底，于所述基底表面形成底电极；

2）加热基底，并以黄铜矿相的CuIn_1-xGa_xSe₂化合物为靶材，采用射频磁控溅射法于所述底电极表面制备CuIn_1-xGa_xSe₂吸收层薄膜，其中，0<x<1；

3）进行退火工艺使所述CuIn_1-xGa_xSe₂吸收层薄膜结晶。

作为本发明的太阳能电池吸收层的制备方法的一种优选方案，所述基底为玻璃、柔性金属或聚酰亚胺膜，所述底电极的材料为Mo。

作为本发明的太阳能电池吸收层的制备方法的一种优选方案，步骤2）制备CuIn_1-xGa_xSe₂吸收层薄膜所采用的基底温度为100～450℃，气氛为Ar气，气压为0.1～1.5Pa，射频磁控溅射的靶功率密度为1.0～5.0W/cm²。

作为本发明的太阳能电池吸收层的制备方法的一种优选方案，所述CuIn_1-xGa_xSe₂吸收层薄膜的厚度为0.7～2.5μm。