[发明专利]一种制备CIGS薄膜太阳能电池工艺方法

说明书

技术领域

本发明涉及到一种具有新型光子晶体结构CIGS吸收层的铜铟镓硒薄膜太阳能电池器件的制备方法，属于光电器件领域。

背景技术

随着能源和环境危机的日趋严重，寻找新能源正在成为一项迫在眉睫解决的任务，太阳光能以器取之不尽，用之不竭，而且清洁无污染成为最具有潜力的技术。目前市场所有的太阳能技术应用就是硅电池和薄膜电池的两种，针对硅电池生产具有严重污染环境的劣势，并自身具有易衰减、PID效应影响严重的缺点，将来是市场慢慢被替代的产品。对于碲化铬薄膜太阳能电池，由于还有大量的Cd元素，是剧毒的污染，将对人体具有严重的危害。

铜铟镓硒（CuInGaSe₂简写CIGS）类为代表的新一代薄膜电池，由于吸收率高、带隙可调、转换率高，弱光性好、性能稳定，以及抗辐射能力强等优点，而被大家认为明日之明星。并是将来取代第一代电池硅电池的必须品。目前此电池在实验室的最高转换效率达到20.3%，但是在量产线上才达到14.6%，主要原因在与CIGS吸收层的晶粒以及相互匹配的问题，由于没有很好的均匀有效控制CIGS的大晶粒整齐的排列导致效率以及良率上不去。通过均匀有效的控制Na的含量，改善CIGS晶粒的生长、降低中间相的产生，重点是降低CuxSe的产生，得到表面粗糙度低、致密性高、大金刚石晶相晶粒、沉积出贫铜CIGS镜状表面，并改善CdS/CIGS界面的电性化学。成功有效控制高转换率、高良率的量产化CIGS薄膜电池。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种一种制备CIGS薄膜电池的制备技术工艺，主要解决玻璃中Na的含量未知和不均匀，导致在热处理中Na扩散而导致制备的活性层CIGS结晶不均匀，引起效率下降问题。其溅射阻挡层SiO₂采用单质Si靶材，进行反应溅射，沉积均匀的阻挡能力强的SiO₂层，主要是阻挡普通素玻璃中Na以及杂质元素的在后期溅射高温处理时的元素扩散，而导致CIGS薄膜电池的效率和良品率降低。再次，重点是采用混合型CuGaNa靶材进行三元溅射，有效均匀控制Na成分比例，再进行硒化退火中，Na有利于促进CIGS薄膜层晶粒生长与降低长晶过程中间相的生成，并改善CdS/CIGS界面的电性化学；制备过程所用材料是Si、Mo、CuGa、CuGaNa、In、i-ZnO、AZO靶材以及Se颗粒。

为实现上述发明目的，一种用于制备CIGS铜铟镓硒薄膜太阳能电池工艺的方法，本发明采用如下方案，该方法包括：

采用磁控溅射设备在普通基板玻璃上溅射屏蔽层SiO2薄膜、溅射背电极Mo层、溅射预置层掺入Na的CIG层、蒸发Se层、高温退火处理、溅射透明导电薄膜TCO层得到CIGS器件；

所述溅射预置层掺入Na的CIG层，其特征在于：溅射工艺包含采用纯金属In靶材、合金靶材CuGa、三元合金靶材CuGaNa靶材，通入惰性气体Ar为工艺气体，采用磁控溅射装置在镀有Mo背电极的玻璃基板上，在沉积预置层CIG层，其厚度是500nm-1500nm。

所述蒸发Se层，其特征在于：该工艺包含采用纯金属Se颗粒材料，在真空蒸发装置里面，蒸发源在蒸发腔体的下方位置部分，基板在蒸发源的上面，Se蒸汽从下向上蒸发涂布与制备好预置层CIG的基板上，其厚度是500nm-1000nm之间。

采用Si靶材反应溅射在素玻璃基板上沉积致密均匀的SiO₂层，沉积薄膜的厚度是50nm-200nm之间。衬底玻璃在整个SiO₂溅射过程中控制温度在100-200摄氏度之间，所用工作气体是Ar和O2，其溅射的工作气压控制在0.1-1Pa之间，靶材可以是圆靶、矩形靶材、圆柱靶材，其纯度是99.95%以上。电源采用13.65Hz的射频电源或者中频电源，功率密度随工艺可调。

在溅射SiO₂的玻璃基板上采用常规溅射方法沉积Mo背电极层，所用的工艺气体是Ar，期溅射工艺气压是0.1-2Pa之间，靶材靶材可以是圆靶、矩形靶材、圆柱靶材，其纯度是99.95%以上。电源采用直流电源，功率密度随工艺可调。

溅射预置层CIG层，该工艺包含采用纯金属In靶材、合金靶材CuGa、三元合金靶材CiGaNa靶材，通入惰性气体Ar为工艺气体，采用磁控溅射装置在镀有Mo背电极的玻璃基板上在沉积预置层CIG层，电源采用直流溅射。