[发明专利]薄膜太阳能电池CIGS吸收层的硒化方法

说明书

技术领域

本发明涉及CIGS太阳能电池的吸收层，具体说是CIGS吸收层的硒化方法。

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。而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(InxGa1-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发生变化，进而影响到硒蒸发量的稳定性，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。其在喷射硒蒸气时一般将衬底静置，这种方法使得喷射的硒不够均匀，影响硒化效果，从而降低薄膜的质量。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种提高硒蒸气喷涂均匀性、提高硒蒸气活性的薄膜太阳能电池CIGS吸收层的硒化方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：薄膜太阳能电池CIGS吸收层的硒化方法，其包括以下步骤：

（1）制备硒蒸气；

（2）通过输送带将吸收层衬底输送至预热区预热；

（3）经预热的衬底输送至具有惰性气体保护的硒化区，同时将硒蒸气导入硒化区，向移动的衬底上喷射硒蒸气；

（4）喷涂有硒的衬底在硒化区反应；

（5）反应完成后，由输送带将衬底输送至冷却区进行冷却，然后将其输出。

进一步地，制备硒蒸气时，先将硒源加热成硒蒸气，然后将硒蒸气进行裂解，再将裂解的硒蒸气导入硒化区。

进一步地，预热区温度维持在630℃--680℃，并使衬底在该区保温15s—20s。

进一步地，硒化区依次分为喷涂段、反应段和进气段，衬底在喷涂段移动时，向其上喷射硒蒸气；喷射完成后，衬底输送至反应段进行反应，反应完成后再输送至冷却段。

进一步地，在衬底进入喷涂区之前，先向进气段通入惰性气体，惰性气体依次经进气段、反应段、喷涂段后排出。

进一步地，硒化区的温度维持在830℃--880℃，衬底在反应段静置2min—4min。

进一步地，所述冷却区的降温速率为25℃/s--35℃/s。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、本发明采用向移动的衬底喷射硒蒸气的方式，不仅喷涂均匀，提高成膜均匀性。

2、硒蒸气通过裂解后，再进行喷涂，提高了硒蒸气的活性，进而提高了成膜质量。

3、采用三个分区处理衬底，并将硒化区分成三段，提高了硒化反应的效率和效果。

具体实施方式

本发明的硒化方法包括以下步骤：

（1）制备硒蒸气；在制备硒蒸气时，先将硒源加热成硒蒸气，然后将硒蒸气进行裂解，再将裂解的硒蒸气导入硒化区；在实施过程中，先固态硒加热至200℃--300℃，固态硒生成低活性硒蒸气，然后将低活性的硒蒸气导入等离子带电体形成的400℃--500℃辉光放电区，从而使其裂解成高活性的硒蒸气，再将高活性的硒蒸气导入硒化区对衬底进行喷射。由于采用裂解后的硒蒸气喷涂衬底，使得硒化反应更加充分，提高了成膜质量。

（2）通过输送带将吸收层衬底输送至预热区预热；在预热区可采用红外灯、卤素灯或感应线圈对衬底加热，预热区温度维持在630℃--680℃之间，为后续的硒化提供了有利的温度条件。

（3）经预热的衬底输送至具有惰性气体保护的硒化区，同时将硒蒸气导入硒化区，向移动的衬底上喷射硒蒸气；在实施过程中应保证衬底匀速运动，并控制喷射装置的流量恒定，由于采用向匀速运动的衬底上喷射定量的硒蒸气的方式，因此，喷射非常均匀有利于提高吸收层硒化质量；为了保证硒化质量，硒化区依次分为喷涂段、反应段和进气段，在喷涂段内安装有硒蒸气喷射装置，衬底在喷涂段移动时，向其上喷射硒蒸气，硒化区的温度应维持在830℃--880℃，可进一步提高反应质量；喷射完成后，衬底输送至反应段进行反应，反应完成后再输送至冷却段。