[发明专利]射频裂解硒蒸气制作铜铟镓硒薄膜的方法

说明书

本发明涉及一种射频裂解硒蒸气制作铜铟镓硒薄膜的方法，其特点是：步骤包括：1.将硒蒸发源通向射频裂解区域；2.硒蒸发源由n≥5的Se_n大原子团蒸气，在等离子体撞击下裂解为n＜5的Se_n小原子团；3.将Se_n小原子团蒸气与Cu、In、Ga元素共蒸发反应，在衬底上形成铜铟镓硒薄膜。本发明采用RC振荡电路产生频率射频电场，在射频电场中通入Ar气，Ar气在射频电场的作用下形成等离子体区域作为射频裂解区域；无需高温加热，等离子体将n≥5的Se_n大原子团撞击裂解为n＜5的Se_n小原子团，提高了硒蒸气化学活性，改善了CIGS薄膜质量，提高了硒原料利用率，避免高温环境下硒蒸气对裂解装置的腐蚀，装置使用寿命长。

技术领域

本发明属于薄膜太阳电池中铜铟镓硒薄膜制作技术领域，特别是涉及一种射频裂解硒蒸气制作铜铟镓硒薄膜的方法。

背景技术

柔性衬底铜铟镓硒(Cu(In,Ga)Se₂，简称CIGS)薄膜太阳电池具有质量比功率高、抗辐射能力强、稳定性好等优势，广泛适用于各领域，被认为是最有前途的光伏器件之一。柔性CIGS薄膜太阳电池适合卷对卷制备和单片集成，在批量生产和降低成本方面具有很大潜力。目前，制约该类电池性能提高的关键问题和技术难点是CIGS薄膜的沉积技术。制备CIGS薄膜的方法有很多，其中，多元共蒸发法是制备CIGS薄膜最广泛和最成功的方法。2012年，瑞士联邦技术学院(EMPA)使用共蒸发方法在柔性衬底上制备的CIGS薄膜太阳电池效率达到20.4％，逼近了多晶硅太阳电池转换效率的世界纪录。

多元共蒸发工艺是由铜、铟、镓、硒各元素以气态形式在衬底处反应，化合形成Cu(In_xGa_1-x)Se₂多晶材料，其中硒元素的蒸发流量，以及原子或分子的化学活性直接影响化合反应速率，在CIGS薄膜生长过程中起到非常关键的作用。普通Se源蒸发出来的硒蒸气是由各种不同大小的Se_n(n≥5)原子团组成，过大的n值降低了分子团簇中硒原子与其他金属原子的有效接触面积，直接导致其化学活性降低，使得硒元素利用率低，造成硒元素与铟和镓元素化合反应不充分，不仅生长的CIGS薄膜成分比例和结晶质量不理想，而且在批量沉积大面积CIGS薄膜时，增加了真空沉积系统维护频率，增加了电池的制作成本。

经检索发现，申请号为201120539061.7、公开号为CN202373561U、名称为“大面积卷对卷柔性衬底表面喷射裂解硒源用装置”的实用新型专利，包括硒源蒸发室和真空腔室内的衬底，其特点是：所述硒源蒸发室的蒸气出口通过管路连接有高温裂解室；所述高温裂解室腔体内壁上固装有两层及以上布满孔径小于0.5mm的多孔栅板。该实用新型将高温裂解硒蒸气的方法应用于CIGS薄膜共蒸发沉积工艺中，由Se_n(n≥5)大原子团裂解为Sen(n<5)小原子团，增加了高活性Se₂的数量，提高了硒元素的反应活性，裂解后的硒蒸气充分参与其他各元素的化合反应，提高了CIGS薄膜成膜质量。但是，由于Se_n蒸气在500℃以上的较高温度下腐蚀裂解装置，缩短了高温裂解硒蒸气裂解装置的使用寿命，影响了CIGS薄膜的连续化生产。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种硒元素利用率高，硒元素与铟和镓元素化合反应充分，在衬底上形成的CIGS薄膜结晶质量好、制作产品的设备使用寿命长，电池制作成本低，适用于大面积卷对卷CIGS薄膜生产的射频裂解硒蒸气制作铜铟镓硒薄膜的方法。

本发明包括如下技术方案：

射频裂解硒蒸气制作铜铟镓硒薄膜的方法，其特点是：包括以下步骤：