[发明专利]一种大面积硫化镉薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及薄膜太阳电池技术领域，特别是在以铜铟镓硒为吸收层的薄膜太阳电池领域中硫化镉薄膜作为关键一层作为缓冲层可以调节带隙梯度和作为n型半导体材料。

背景技术

硫化镉(CdS)是一种极具研究潜力且利用形式广阔的半导体材料，其制备方便，性价比高并且适合大规模的生产。另外硫化镉还拥有多种利用形式。它可被制成如原子团簇、纳米颗粒等零维材料，可以用来制备多种量子器件；可被制备成如纳米线、纳米棒、纳米花、纳米带、纳米空心球等一维纳米材料，可应用于纳米线激光器、逻辑门计算电路、纳米线传感器、P-N节二极管和变极器等；还可被制备成如超晶格、多层膜和超薄膜等的二维纳米材料，主要用来作为光电导器件、窗口材料等。此外，硫化镉还可应用于储存器、光化学催化、电极材料、高分辨显示器、图像传感器、光敏传感器及利用热红外透明性作为颜料掺杂的特殊吸波涂料等。硫化镉半导体材料在能源、催化、电子、医疗、国防、工业控制、机器人技术及生物技术等领域有广阔的应用前景。

无论在铜铟镓硒(CIGS)还是碲化镉(CdTe)电池，硫化镉都是非常关键的一层。在碲化镉电池中硫化镉作为n型半导体材料，在CIGS薄膜太阳电池中硫化镉作为缓冲层介于铜铟镓硒和氧化锌(ZnO)之间的关键层，一方面作为n型半导体材料，另一方面可以调节铜铟镓硒和氧化锌带隙梯度。为了制备透明的和高电阻率的硫化镉薄膜，研制出很多种方法制备获得。如化学气相沉积(CVD)，电镀，射频磁控溅射，化学水浴法。

目前水浴法制备硫化镉被认为是最具前景的。其反应包含两个部分：1.孤立离子之间发生化学反应。2.反应生成的分子团聚集过程。

在铜铟镓硒太阳电池和铜锌硒硫太阳电池中硫化镉薄膜都是非常关键的一层。而制备无针孔的硫化镉薄膜一般使用化学水浴(CBD)法，所制备的薄膜与铜铟镓硒晶格失配较小。在用化学水浴法制备硫化镉薄膜有使用缓冲剂的高氨的方法，也有不使用缓冲剂的高氨的方法。高氨法可以使用更少的氨水原料，并且降低环境污染，而在制备缓冲层硫化镉过程中因为用水浴法控制氨水量是非常关键的，尤其在高氨法制备硫化镉氨水量的控制是制备硫化镉薄膜的关键，因为氨水过少不会沉积成薄膜，氨水量过高会发生沉淀影响薄膜质量甚至不能沉积成膜。

发明内容

有鉴于此，为克服现有技术的不足，本发明提供了一种基于铜铟镓硒衬底上用高氨法制备方案，首先用去离子水清洗铜铟镓硒衬底表面然后在其表面沉积一层硫化镉薄膜，最后可以在上面制备氧化锌和本征氧化锌，最后制备镍铝电极得到电池组件。此种用化学水浴法高氨条件下制备的硫化镉薄膜结晶质量好，缺陷少并且致密无针孔，透过率高。

本发明的技术方案：

一种基于铜铟镓硒衬底的薄膜太阳电池薄膜吸收层的制备步骤如下：首先要制备在玻璃衬底上制备Mo电极然后制备CIGS薄膜

钼背接触层的制备

在直流磁控溅射沉积系统的沉积室中，以纯度为99.99％的Mo为靶材，采用射频磁控溅射制备系统在衬底表面分别沉积一层高阻和低阻的钼薄膜。①本底真空：3.0-3.2×10^-4Pa，工作气压为0.5-1Pa，衬底温度为室温25-30℃，射频功率为500-600W，Ar气流量为35-40sccm，基靶行走速度为4mm/s，沉积时间(基靶的往复次数)为2次。②工作气压为0.1Pa，衬底温度为室温25℃，射频功率为1500W，Ar气流量为15sccm，基靶行走速度为4mm/s，沉积时间(基靶的往复次数)为6次。

CIGS薄膜的制备步骤如下：

1)本底真空为4.4×10^-4Pa，衬底温度为400℃，共蒸发In、Ga、Se预置层约为5min，其中In蒸发源温度为850-900℃，Ga蒸发源温度为880-920℃，Se蒸发源温度为450-500℃，蒸发时间为15-20min。

2)衬底温度为500-550℃，共蒸发Cu、Se，其中Cu蒸发源温度为1140-1160℃，Se蒸发源温度为240-280℃，蒸发时间为20-30min；

3)衬底温度保持第二步中的温度不变，共蒸发In、Ga、Se，其中In蒸发源温度为850-900℃，Ga蒸发源温度为880-920℃，Se蒸发源温度为240-280℃，蒸发时间为2-4min，得到稍微贫Cu的铜铟镓硒p型黄铜矿结构，控制Cu/(In+Ga)比例在0.88-0.92。

4)将衬底冷却，当蒸发Se的同时将衬底冷却到第一步时的衬底温度时，关闭Se蒸发源，再将衬底冷却到室温。