[发明专利]基于同时真空蒸发工艺的CZTSE光吸收层制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制造CZTSe太阳能电池的光吸收层的方法，更具体地说，涉及一种通过同时真空蒸发工艺来制造CZTSe太阳能电池的光吸收层的方法。

背景技术

近年来，随着硅的供应不足而使其价格暴涨，能够替代硅太阳能电池的薄膜型太阳能电池越来越受到关注。薄膜型太阳能电池的厚度能够制作得薄，因此不仅材料的消耗量少、重量轻，而且其应用范围也很广。

作为这种薄膜型太阳能电池的材料，正在活跃地进行对非晶硅和CdTe、CIS类(CuInSe₂、CuIn_1-xGa_xSe₂、CuIn_1-x Ga_xS₂等)的研究。

CIS类薄膜是I-III-IV族化合物半导体中的一种，其中，CIGS太阳能电池在实验室中制作的薄膜太阳能电池中保持着转换效率(大约20.4％)最高的纪录。特别是，能够制作成2～3微米以内的厚度，在长时间使用时也具有稳定的特性，因此有望成为能够替代硅的廉价的高效率太阳能电池。但是，其中使用的In是相对储量少的稀有元素，其价格根据在显示器产业中使用的ITO材料的需求而不稳定，因此成为批量生产的障碍。

为了克服这个问题并利用于廉价太阳能电池的开发，作为CIGS薄膜材料的替代方案，正在活跃地进行对将稀有元素In和Ga替换为常用元素Zn和Sn的CZTS类(Cu₂ZnSn(S_xSe_1-x)₄)化合物半导体的研究。

近年来，相关研究非常活跃，从2009年起呈现研究论文数急剧增加的趋势，至今为止已有通过基于溅射法的2步骤工艺来达到3.2％的CZTSe(Cu₂ZnSnSe₄)太阳能电池效率和6.7％的CZTS(Cu₂ZnSnS₄)太阳能电池效率的报告(参考文献[Appl.Phys.Express 1,2008,041201,H.Katagiri et al.；Prog.Photovolt:Res.Appl.2009；17:315-319,G.Zoppi et al.]等)，最近又有利用非真空方式制造的CZTSSe(Cu₂ZnSn(S,Se)₄)太阳能电池产生了11.1％的转换效率而刷新了世界最高纪录(参考文献[Prog.Photovolt:Res.Appl.20(2012)6,D.A.R.Barkhouse et al.]等)。相反，尽管利用同时真空蒸发法的Cu-Zn-Sn-Se类研究具有薄膜组成调节相对容易的优点，但是所公开的研究结果相对较少，关于其效率的报告更是寥寥无几。

根据参考文献(Thin Solid Films(2012)in press,http://dx.doi.org/10.1016/j.tsf.2012.10.082)，当利用使4种元素同时进行真空蒸发来进行蒸镀的以往的CZTSe制造方法时，虽然Sn的损失在200℃至400℃并不大，但是在400℃以上会迅速产生Sn的损失，因此在Cu-Zn-Sn-Se类薄膜制造工艺中难以应用薄膜生长所需的高温的基板温度。这样的Sn损失起因于在同时真空蒸发工艺中Sn与Se相遇、蒸发而无法蒸镀，其结果是，成为相分离和厚度减小的原因而在用作太阳能电池薄膜时使能量转换效率降低。因此，为了最小化由Sn损失造成的能量转换效率的降低，有必要对同时真空蒸发工艺的步骤进行最优化。

因此，发明了如下技术(大韩民国公开专利10-2013-0016528)，即，为了提高制造效率而使用真空蒸发法，并且首先依次蒸镀其它元素，然后进行硒化处理或硫化处理，但是，该技术在进行蒸镀时基板温度较低，与本发明的工艺仍有差异。

现有技术文献

1.大韩民国公开专利10-2013-0016528；

2.Appl.Phys.Express 1,2008,041201,H.Katagiri et al.；Prog.Photovolt:Res.Appl.2009；17:315-319,G.Zoppi et al.；

3.Prog.Photovolt:Res.Appl.20(2012)6,D.A.R.Barkhouse et al.；