[发明专利]一种CIGS太阳能电池吸收层的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光电材料领域，尤其涉及一种CIGS太阳能电池吸收层的制备方法。

背景技术

铜铟镓硒（CIGS）太阳能电池作为第三代太阳能电池有稳定性好、抗辐射性强和成本低的特点，具有广阔的应用潜力与市场前景， CIGS电池的电池结构一般如图1所示，包括衬底(1)、背电极(2)、吸收层P-CIGS(3)、缓冲层N-CdS(4)、窗口层i-ZnS(5)、透明导电极TCO(6)/AZO(7)，其中CIGS薄膜的成分和质量直接影响并决定着整个电池的性能效率，现阶段吸收层的制备主要有真空法和非真空法，其中真空法包括共蒸发法和溅射-后硒化法，非真空法主要包括电沉积法和丝网印刷。

目前，转换效率较高的电池组件都采用真空法工艺制备，共蒸发法是将Cu、In、Ga、Se分别作为蒸发源，通过调节各自蒸发速率控制薄膜的成分；溅射-后硒化是通过溅射工艺制备CIG预制层，然后在Se蒸汽或H₂Se气氛中进行高温硒化制备CIGS薄膜。共蒸发工艺具有可精确控制薄膜成分比的特点，但由于设备复杂、成本昂贵且重复性不好，不适于大规模生产；而非真空法制备CIGS吸收层目前工艺还不成熟，制备电池效率较低；因此，溅射-后硒化工艺是现阶段最容易实现大规模生产CIGS的方法，且制备成本相对蒸发法较低，虽然现在溅射-后硒化工艺制备的CIGS太阳能电池转换效率得到一定提高，但仍存在很多问题。

现在一般采用的CIG预制层硒化工艺包括普特热处理和快速热处理，其中，升温曲线包括单步升温、两步升温或多步升温。单步升温曲线如图2所示，在t1时间内从室温升至硒化所需温度T1，保持时间至t2，然后自行降温至室温。在单步升温曲线进行后硒化制备CIGS吸收层过程中，薄膜中各元素发生扩散，造成薄膜中成分分布不均匀，对CIGS吸收层的能带造成影响。两步升温曲线如图3所示，在t1时间内升温至一低温T1，保温时间至t2，然后在(t3-t2)时间内升温至高温T2，硒化保温时间至t4，最后自行降温至室温。利用两步或多步升温曲线进行硒化热处理可有效避免元素扩散的问题，但在低温条件下，预制层薄膜中易生成InSex、GaSex等二元挥发相，不仅影响薄膜成分，还会造成薄膜产生空洞，直接降低CIGS电池性能。采用快速热处理可减少吸收层制备中二元相的挥发，但薄膜中成分及均匀性也难以精确控制。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种CIGS太阳能电池吸收层的制备方法，旨在解决现阶段溅射-后硒化工艺制备的薄膜成分难以控制的缺点。

本发明是这样实现的，提供一种CIGS太阳能电池吸收层的制备方法，包括以下步骤：（1）放置样品与安装靶材；（2）关闭真空腔体，进行抽真空；（3）溅射制备CIG预制层，进行低温预热处理；（4）硒化热处理制备CIGS薄膜，其中，在步骤（1）中，所述样品为镀Mo层的衬底，所述衬底采用玻璃、石英或金属衬底，所述靶材由Cu、In、Ga三种元素组成的靶材或由Cu、In、Ga三种元素任一种或两种组成的靶材。

具体地，在步骤（2）中，所述关闭真空腔体，进行抽真空是通过采用机械泵与分子泵进行的，当所述真空腔体达到所需真空度后，注入Ar，调节所述真空腔体的气压至一定压强。

具体地，在步骤（3）中，首先是开启溅射电源进行溅射，所述靶材溅射在镀Mo层的衬底上，在所述镀Mo层的衬底上沉积形成CIG预制层，然后将所述CIG预制层置入热处理炉进行预热处理，再降至室温后取出所述CIG预制层。

具体地，在步骤（3）中，预热处理的温度为150-400℃，预热处理的时间为10-80 min。

具体地，在步骤（3）中，在溅射制备CIG预制层过程中，所述样品台以一定速度相对所述靶材旋转，以便制备得到的所述CIG预制层具有良好均匀性。

具体地，在步骤（4）中，将所述CIG预制层放入硒化炉，通过机械泵或扩散泵抽真空对所述硒化炉抽真空至一定压强，排除空气，保证所述硒化炉内一定的气压，然后通入含有H₂Se与Ar的混合气体，并采用Ar或N₂等惰性气体作为载气，硒化热处理得到CIGS吸收层，其中，H₂Se或Se蒸汽作为硒化热处理过程中的硒源，Se含量为0.01-1%。

具体地，在步骤（4）中，所述硒化热处理的温度为450-600℃，所述硒化热处理的时间为10-80min。