[发明专利]薄膜太阳能电池的光吸收层的制备方法

说明书

本发明公开了一种薄膜太阳能电池的光吸收层的制备方法，包括：制备铜铟镓预制层；在铜铟镓预制层上制备硒薄膜层，硒与铜镓之和的摩尔比大于1；将铜铟镓预制层置于退火炉中加热至第一预定温度后恒温第一预定时间；将铜铟镓预制层从第一预定温度加热至第二预定温度后恒温第二预定时间，以使预制层硒化，然后从退火炉中抽除硒蒸汽；将铜铟镓预制层从第二预定温度加热至第三预定温度后恒温第三预定时间，并在第三预定时间内通入硫化氢气体，以使预制层硫化，制备获得铜铟镓硒硫光吸收层。本发明将铜铟镓预制层的硒化和硫化设置在不同温度下分步进行，避免硒化的过度和不均匀性，同时也保证了硫化的质量，提高光吸收层的品质。

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种薄膜太阳能电池的光吸收层的制备方法。

背景技术

铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池是一种高效薄膜太阳能电池，其具有高稳定性、低成本和长寿命的优势。铜铟镓硒薄膜太阳能电池本质上是一种直接带隙半导体，其基本结构包括依次叠层设置的衬底、背电极、光吸收层、缓冲层、窗口层、减反射层和金属电极层，其中的光电吸层是由铜、铟、镓和硒四种元素组成的化合物半导体薄膜。目前，制备铜铟镓硒光吸收层的方法主要有共蒸发法和溅射硒化法，溅射硒化法由于其成本低于共蒸发法，在大尺寸电池的生产工艺中得到广泛的应用。

溅射硒化法是首先在衬底上溅射沉积铜铟镓的半导体预制层，然后将半导体预制层置于含硒化氢或硒蒸气的气氛中退火，使铜、铟、镓、硒四种元素相互反应并结晶，得到符合化学计量比的铜铟镓硒薄膜。

通常地，在溅射硒化的工艺路径中也要进行硫化，硫化的目的是让硫能够进入硒存在的空位，补偿缺陷，同时硫的引入也能够提高禁带宽度，使整个光吸收层的禁带宽度呈V型(如图1所示)，也称为U型梯度分布，即，光吸收层的两侧表面的禁带宽度高于光吸收层内部禁带宽度，由此达到提高开路电压的效果，进而提高光电转换率。硫源的引入目前主要有通入硫化氢气体、固体硫的热蒸发和气体硒，其中采用硫化氢气体的方式活性高，效果明显。

目前，溅射后硒化硫化的工艺都是同步进行，具体是：首先在铜铟镓预制层上蒸镀硒薄膜层形成铜铟镓硒前驱体；然后将所制得的铜铟镓硒前驱体放入到退火炉中进行预热，预热温度为80℃～200℃，让前驱体表面变得平整；接着在预热温度下，通入硫化氢气体；最后在氮气保护氛围下进行升温，升至500℃～600℃左右，使铜铟镓硒前驱体同时进行硒化和硫化，形成铜铟镓硒硫(CIGSSe)光吸收层。在这种高温硒化硫化过程中，虽然能有效进行硫化，增加其禁带宽度，但无法分别精确控制硒化和硫化过程，高温下硒元素扩散较快，随机因素较大，会使每个薄膜区域硒化硫化的程度不同，导致薄膜均匀性差、重复性低，很难保证工业生产中光吸收层的品质。同时，采用这种一步法硒化硫化的工艺，虽然简便且节省时间，但在高温下硫的活性高，同时进行的硫化和硒化会使大量的硫会进入到铜铟镓硒吸收层的内部，使其内部的禁带宽度提高，由此整个光吸收层的禁带宽度无法达到公认最佳的V型分布，会降低薄膜电池的光电转换率。

发明内容

鉴于现有技术存在的不足，本发明提供了一种薄膜太阳能电池的光吸收层的制备方法，以提高薄膜太阳能电池的光吸收层的品质，进而提升电池的光电转换率。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

一种薄膜太阳能电池的光吸收层的制备方法，其包括：

应用磁控溅射工艺制备获得铜铟镓预制层；

在所述铜铟镓预制层上蒸发沉积形成硒薄膜层，硒薄膜层中的硒与铜铟镓预制层中的铜镓之和的摩尔比为大于1；

将沉积形成硒薄膜层后的铜铟镓预制层置于退火炉中；

将所述铜铟镓预制层加热至第一预定温度后恒温第一预定时间；

将所述铜铟镓预制层从所述第一预定温度加热升温至第二预定温度后恒温第二预定时间，以使所述铜铟镓预制层硒化，然后从所述退火炉中抽除硒蒸气；