[发明专利]太阳能电池吸收层的制备方法和太阳能电池的制备方法

说明书

本发明公开了一种太阳能电池吸收层的制备方法和太阳能电池的制备方法，其中该吸收层的制备方法包括在沉积有背电极的基底上依次溅射铜镓合金层和铟层；将铜铟镓预制膜放入具有第一温度阈的反应腔中，并在反应腔中通入第一载气流量值的硒气氛，使铜铟镓预制膜在第一时长内持续反应；向反应腔内通入第二载气流量值的硒气氛，使铜铟镓预制膜在第二时长内持续反应；在预设的第二温度阈和第三时长内对基底进行退火处理。本发明提供的太阳能电池吸收层的制备方法，通过控制通入的硒气氛的载气流量、反应温度及反应时间，使硒元素可以穿过不饱和In‑Se、Cu‑Se二元相向预制膜底部扩散，避免了镓元素向底部富集的问题。

技术领域

本发明涉及太阳能电池制造技术领域，尤其涉及一种太阳能电池吸收层的制备方法和太阳能电池的制备方法。

背景技术

铜铟镓硒(简称CIGS)薄膜太阳能电池是新一代最具发展前景的太阳能电池。它具有转换效率高、成本低、寿命长、弱光性能好、抗辐射能力强等优点。自20世纪90年代以来一直是实验室转换效率最高的薄膜太阳能电池。2016年德国ZSW将CIGS实验室效率提升至22.6％，与晶硅电池的转换效率较为接近，发展前景巨大。

CIGS吸收层的制备方法主要有共蒸发法、溅射后硒化法(简称两步法)以及电化学法等。其中，共蒸发法是通过蒸发Cu、In、Ga、Se四种元素，使其同时在基底沉积反应得到CIGS吸收层；两步法是首先通过溅射In₂Se₃、Ga₂Se₃、Cu2Se等化合物靶材得到铜铟镓硒预制膜，然后在H₂Se或者Se蒸气气氛下进行高温热处理获得CIGS吸收层。

共蒸发法制备CIGS吸收层能够使小面积电池获得较高的转换效率，但对于大面积电池而言，由于大面积电池加工均匀性难以控制，产业化应用受到一定局限，无法获得高转换效率。对于两步法制备CIGS，由于Se与Cu、In、Ga元素的反应速率存在差异，导致热处理后形成底部富集Ga元素的细小晶粒，无法形成良好Ga元素分布的高性能CIGS吸收层。电化学法目前在大面积电池的稳定性以及CIGS电池的最高效率等方面仍与共蒸发法及两步法制备CIGS电池存在一定差距，产业化进程较慢。

发明内容

本发明的目的是提供一种太阳能电池吸收层的制备方法和太阳能电池的制备方法，以提高大面积CIGS薄膜制备工艺的稳定性，以及提高CIGS薄膜太阳能电池的光电转换效率。

本发明提供了一种太阳能电池吸收层的制备方法，其中，包括如下步骤：

在沉积有背电极的基底上依次溅射铜镓合金层和铟层，以形成铜铟镓预制膜；

将所述铜铟镓预制膜放入具有预设的第一温度阈的反应腔中，并在所述反应腔中通入预设的第一载气流量值的硒气氛，使所述铜铟镓预制膜在所述第一载气流量值的硒气氛中反应第一预设时长；

向所述反应腔内通入预设的第二载气流量值的硒气氛，使所述铜铟镓预制膜在所述第二载气流量值的硒气氛中反应第二预设时长；

在预设的第二温度阈和第三预设时长内对所述基底进行退火处理。

如上所述的太阳能电池吸收层的制备方法，其中，优选的是，所述第一载气流量值与所述第二载气流量值的比大于5。

如上所述的太阳能电池吸收层的制备方法，其中，优选的是，在将所述铜铟镓预制膜放入具有预设的第一温度阈的反应腔中之前还包括：

在真空或设定气压的惰性气体中，将固态硒源加热至预设的第三温度阈内，以在所述反应腔中形成硒气氛。

如上所述的太阳能电池吸收层的制备方法，其中，优选的是，所述预设的第一温度阈为550℃～580℃，所述预设的第二温度阈为500℃～600℃，所述预设的第三温度阈为250℃～470℃，所述设定气压为1Pa～1atm。