[发明专利]一种利用In-Ga合金蒸发源制备大面积均匀性CIGS薄膜太阳能电池的方法

说明书

本发明公开了一种利用In‑Ga合金蒸发源制备大面积均匀性CIGS薄膜太阳能电池的方法，通过In/Ga混合金属蒸发源替代常规的单质In和单质Ga金属源，使得In和Ga金属在蒸发前就以特定的比例进行混合，并利用实验方式，获得混合金属液体在高温蒸发时的In/Ga喷射比例预测经验公式，确保In、Ga金属按照我们设计的成分比例在基底表面形成CIGS薄膜，从而实现In/Ga混合源长时间大面积镀膜的稳定性，同时实现CIGS薄膜内In和Ga金属分布的均匀性。

技术领域

本发明涉及薄膜太阳能电池生产技术领域，特别涉及一种利用In-Ga合金蒸发源制备大面积均匀性CIGS薄膜太阳能电池的方法。

背景技术

金属源蒸发法是制备CIGS薄膜太阳能电池的最常用的生产工艺技术之一。目前比较稳定成熟的CIGS吸收层工艺技术主要有三种：一步共蒸发法、两步共蒸发法和三步共蒸发法；这些技术被广泛的应用于柔性和刚性的CIGS薄膜太阳能电池和组件的生产线中，例如德国的Solibro和Manz、美国的Global Solar Energy、Ascent、瑞士的Empa和Flisom均采用共蒸发的技术生产刚性和柔性的CIGS组件。

在CIGS共蒸发工艺中，主要使用高纯度的（＞4N）的Cu、In、Ga、Se四种原料或混合物，主要工艺有一步法、二步法、三步法，一般成膜温度在350℃~600℃之间。以三步共蒸发工艺为例，（出处： Progress in Photovoltaics: Research and Applications,(1062-7995),2008年, 16卷 3期 ,235-239页 ,13191329.）如图1所示，基板在蒸发源上方，依次通过三个区域：第一步InGaSe区域、第二步CuSe区域、第三步InGaSe区域。第一步，共蒸发In、Ga、Se三种元素，在基底上生成In_(2-x)Ga_xSe₃化合物，0x0.6，生长温度300~500℃。第二步，共蒸发Cu、Se两种元素，在基板上生成富Cu的Cu_(1+y)In_(1-x)Ga_xSe化合物，0x0.6，0y0.2，生长温度在450℃~600℃。第三步，共蒸发In、Ga、Se三种元素，在基底上生成贫Cu的Cu_(1-z)In_xGa_(1-x)Se化合物，0x0.6，0z0.4，生长温度在450℃~600℃。

在共蒸发技术中，碱金属掺杂、贫Cu、梯度带隙、In/Ga元素的均匀混合、过饱和的Se蒸汽压是获得高光电转化效率的关键因素。如图2所示，在铜铟镓硒（CuIn_0.7Ga_0.3Se₂）薄膜中In和Ga元素的均匀扩散的均匀性差时，就会在薄膜中会形成富In的CuInSe2相（空心圆）和富Ga的CuGaSe2相（实心圆），两相分离，这将严重影响CIGS电池的光电转化效率。

在实验室中，为了提高CIGS薄膜中In/Ga元素的均匀分布，多采用较慢的金属蒸发速度来降低金属蒸汽的团簇大小，避免较大金属颗粒的堆积。同时延长CIGS薄膜生长时间，以便于In和Ga金属的互扩散。然而在实际生产过程中，CIGS薄膜的生产速度远远大于实验室中的设定值，因此不可能通过降低生产速度和延长生长时间的方式来实现In/Ga元素的均匀分布，如何实现在高蒸发速度和超快生长时间条件下提高In和Ga元素的均匀性是产线中获得高效CIGS的必须解决的关键技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用In-Ga合金蒸发源制备大面积均匀性CIGS薄膜太阳能电池的方法，通过In/Ga混合金属蒸发源替代常规的单质In和单质Ga金属源，使得In和Ga金属在蒸发前就以特定的比例进行混合，并利用实验方式，获得混合金属液体在高温蒸发时的In/Ga喷射比例预测经验公式，确保In、Ga金属按照我们设计的成分比例在基底表面形成CIGS薄膜，从而实现In/Ga混合源长时间大面积镀膜的稳定性，同时实现CIGS薄膜内In和Ga金属分布的均匀性。