[发明专利]一种薄膜太阳能电池铜铟镓硒光吸收层的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及薄膜太阳能电池技术，具体地说是薄膜太阳能电池铜铟镓硒光吸收层的制备方法。

背景技术

由于社会的发展，煤炭、石油等化石能源接近枯竭，未来清洁能源的开发势在必行。太阳能电池，由于能够直接把太阳能转换成为电能，是未来清洁能源的首选之一。0003铜铟镓硒(CIGS)太阳能电池被认为是能够取代晶硅太阳能电池的第二代太阳能电池，是光电转换效率最高的薄膜太阳能电池之一。铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池具有弱光效应好、成本低、无光致衰退、稳定性能好、抗辐射能力强、适合卷对卷工艺大规模生产等优点。该电池典型结构由上至下为：栅电极/减反射膜/透明导电层/高阻本征ZnO层/CdS缓冲层/CIGS光吸收层/Mo层背电极/衬底构成。其中CIGS光吸收层的制备是CIGS太阳能电池最核心技术。

目前CIGS薄膜太阳能电池光吸收层制备方法主要有共蒸发法、金属预制层后硒化法、非真空涂布制程、电镀制程等方法。目前世界最高转换效率由共蒸发法制得，但其设备昂贵，操作复杂，大面积生产均匀性不佳，原材料利用效率不高，重复性不好等缺点。

金属预制层后硒化法，是目前生产上使用最多的方法。主要采用H₂Se气体和固态Se蒸汽硒化。H₂Se属剧毒性气体，操作危险，目前国内无生产厂家，原材料价格昂贵。固态硒蒸汽硒化的方法，存在硒活性不够，反应过程中需要维持较高浓度的硒气氛，因此需要通入大量的硒蒸气或者放入大量的固态硒，但是绝大部分的硒未参与反应，最终冷却凝结于腔体冷端、管道内部、甚至会随气体排出沉积在真空泵内部无法清理，存在回收困难，浪费原材料硒，长久累积会损害设备等问题。中国专利号CN102965641A公开薄膜太阳电池CIGS层的硒化方法，其采用射频离化固态硒蒸气，提高硒蒸气活性的方法，但是此方法增加了设备成本，带电的离子可能对膜面产生伤害，而且也无法解决固态硒蒸汽冷凝的问题。

非真空涂布制程和电镀制程的方法，存在缺陷较多，产品良率不高等弊端。中国专利号CN103334081A公开一种低温硒化制备CIGS薄膜的方法，其采用的是CIGS纳米晶涂布于基板上，然后再用有机硒的醇溶液诱导硒化，该方法由于采用非真空涂布CIGS，容易引入杂质残留，导致后续硒化工艺出现缺陷，另外采用的有机硒诱导硒化，把有机硒溶于醇溶液中，引入其它非反应气体，虽然引入的醇溶液能够帮助溶解CIGS前驱物膜中的烷基胺，但溶解的是否彻底未经验证，引入的醇溶液，可能使CIGS在高温氧化，不利于结晶。

发明内容

本发明旨在提供薄膜太阳能电池铜铟镓硒光吸收层的制备方法，通过采用高温活化的有机硒源替换传统H₂Se或者固态硒，完成硒化,既经济安全又可实现良好的CIGS结晶,适合大规模工业化生产。

本发明是通过如下技术方案实现的：

薄膜太阳能电池铜铟镓硒光吸收层的制备方法，其特征在于：包括以下硒化过程：

(1)将已沉积好金属背电极和前驱金属合金层铜铟镓基板载入硒化炉反应腔内，抽至一定真空度，用高纯N2对反应腔进行数次吹扫，排出空气，然后抽真空至10^－2Pa；

(2)加热有机硒源，使其汽化，用载气把有机硒源送入高温活化管道进行高温活化，所述的高温活化加热温度为250℃～550℃；

(3)把高温活化后的有机硒源通入反应腔中，进行硒化热处理得到铜铟镓硒CuIn_(1－x)Ga_xSe₂结晶

(4)降温排出腔内反应气体，结束硒化；

所述的有机硒源为二乙基硒(C₄H₁₀Se)、二甲基硒(C₂H₆Se)、二甲基硒醚(C₂H₆Se)中的一种或者几种。

所述的有机硒源的加热温度为40℃～200℃；

所述的载气为惰性气体，优选为氩气。

所述的硒化热处理包括升温、高温反应、降温步骤形成铜铟镓硒CuIn_(1－x)Ga_xSe₂光吸收层；