[发明专利]一种铜铟镓硒薄膜太阳电池缓冲层的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于太阳电池技术领域，特别是涉及一种铜铟镓硒薄膜太阳电池缓冲层的制备方法。

背景技术

如今，铜铟镓硒薄膜太阳电池因其生产成本低廉、对环境污染小、弱光性能好等显著特点，具有较好的发展前景。现有的铜铟镓硒薄膜太阳电池的典型结构为如下的多层膜结构：衬底/底电极/吸收层/缓冲层/窗口层/上电极。

铜铟镓硒薄膜太阳电池多采用CdS薄膜作为电池缓冲层，一方面可以改善能带结构，另一方面可以在缓冲层制备过程中保护吸收层。但由于CdS毒性强，对环境污染严重，同时CdS禁带宽度较小，限制了铜铟镓硒太阳能电池效率进一步提升。并且CdS薄膜的制备方法多采用湿法制备，不利于与其他层干法制备相匹配。因此，Zn(O,S)作为替代CdS薄膜的理想材料而被广泛关注。

Zn(O,S)薄膜的优点在于环境污染较小，禁带宽度较大且可通过调节氧和硫的原子比来调节禁带宽度，可有效提高电池效率。Zn(O,S)薄膜多采用化学水浴法或磁控溅射法制备。化学水浴法为湿法制备，不利于与铜铟镓硒电池其他各层干法制备相匹配；磁控溅射法难以精确控制膜层生长并且可能对吸收层产生破坏。因此，如何实现精准制备Zn(O,S)薄膜作为铜铟镓硒薄膜太阳电池缓冲层成为该技术领域亟待解决的问题。

发明内容

本发明为解决现有技术存在的问题，提供了一种采用原子层沉积方法制备铜铟镓硒太阳电池缓冲层的方法，采用如下技术方案：

以二乙基锌、H₂S、H₂O分别作为Zn、S、O的前躯体源，采用原子层沉积方法在加热的衬底上交替沉积ZnO薄膜和ZnS薄膜多次，制备得到Zn(O,S)缓冲层。

本发明中，所述沉积ZnO薄膜是指向原子层沉积设备的反应腔室导入二乙基锌后，用高纯氮气吹扫反应腔室，再导入水蒸气，沉积得到单层ZnO，再用高纯氮气吹扫反应腔室。

其中，所述二乙基锌、高纯氮气和水蒸气、高纯氮气在反应腔室内的暴露时间依次为0.1～1s、3～10s和0.1～1s、3～10s。

本发明中，所述沉积ZnS薄膜是指向原子层沉积设备的反应腔导入二乙基锌后，用高纯氮气吹扫反应腔室，再导入H₂S，沉积得到单层ZnS，再用高纯氮气吹扫反应腔室。

其中，所述二乙基锌、高纯氮气和H₂S、高纯氮气在反应腔室内的暴露时间依次为0.1～1s、3～10s和0.1～1s、3～10s。

进一步的，本发明所述交替沉积ZnO薄膜和ZnS薄膜多次是指交替沉积ZnO薄膜和ZnS薄膜各100～500次。

进一步的，本发明所述反应腔室内的压强为0.3～0.6Pa。

进一步的，本发明所述衬底的加热温度为100～150℃。

进一步的，本发明所述二乙基锌、高纯氮气、H₂S和水蒸气的气体流量为100～300sccm。

根据本发明所述方法制备得到一种厚度在30～80nm的铜铟镓硒太阳电池Zn(O,S)薄膜缓冲层。

本发明具有的优点和积极效果：

(1)本发明采用原子层沉积技术制备Zn(O,S)薄膜的铜铟镓硒薄膜太阳电池缓冲层，可以与其他各层干法制备工艺相匹配，成膜致密均匀，有利于内应力的释放，制备过程中对吸收层无破坏影响。

(2)本发明采用原子层沉积技术制备Zn(O,S)薄膜的铜铟镓硒薄膜太阳电池缓冲层，通过调节ZnS和ZnO的生长顺序及生长厚度，可以实现不同组分的Zn(O,S)薄膜的铜铟镓硒薄膜太阳电池缓冲层，工艺简单易行，节约生产成本及空间。

附图说明

图1是本发明铜铟镓硒薄膜太阳电池结构示意图。

图中：

1、上电极2、窗口层 3、缓冲层

4、吸收层5、底电极 6、衬底

具体实施方式