[发明专利]硒化物前驱薄膜与快速硒硫化热处理制备薄膜电池方法

摘要

本发明涉及一种低成本硒化物前驱薄膜与快速硒硫化热处理制备薄膜太阳电池的方法，它可用于纳米硒化物涂料滚涂或电沉积法制备硒化物前驱薄膜，经过真空快速硒硫化热处理，制备出高效无镉薄膜太阳电池或光伏集成组件。本发明的薄膜电池吸收层带隙呈V型分布，快速硒硫化热处理使多孔疏松薄膜中CuSe/与In₄Se₃熔融、浸润、液相辅助CIGS薄膜晶体的反应生长和薄膜自身的致密化，反应溅射In₂Se₃或In₂S₃中和掉薄膜表层吸附的过量Cu_xSe，继续溅射微过量的In₂S₃生成n－高阻Cu(In_1－yGa_y)₃(S_xSe_1－x)₅薄膜电池浅埋结，接着反应溅射沉积n型In(OH，S)/ZnS(O，OH)/ZnO(S)缓冲层与i层，溅射透明导电薄膜/与激光加工集成电极联接就完成薄膜太阳电池的制备。

主权项

1.一种非真空低成本法制备CIGS薄膜太阳电池的硒化物前驱薄膜与快速硒硫化热处理的方法，其特征在于，包括：(1)在刚性衬底基片的钼电极薄膜上顺序涂覆纳米硒化物涂料与干燥成膜，或顺序电镀(或电沉积)不同组份纳米微晶硒化物前驱薄膜，该硒化物前驱薄膜成份与构造分别是：(CuGaSe2+CuSe)、(Ga2Se3+CuSe)、In4Se3(或In2Se3+CuInSe2)、CuSe[或(CuSe+Ga2Se3)、(CuSe+CuGaSe2)]的顺序取舍式组合；(2)制备了该硒化物前驱薄膜的一摞刚性基片被放置于真空室内的气密空间中，通过从室温至290℃高真空加热、注入氢气，再抽至高真空与注入氢气的多次操作，最后再注入氩气+氢气的第一氢化预处理；(3)第二硒化处理，将该摞基片由上而下或由下而上地平行移动，分别一片片地推入另一相对的气密空间，先启动基片底部的加热，并向第二气密空间导入类H2Se气体，在保持足够的硒气压(20～80kPa)时，对移动中的基片进行上下快速加热或上部扫描式加热与底部随基片移动的固定方式加热与升温，基片本身始终保持在350℃～580℃，基片表层由于高功率辐射热源的移动式扫描加热，前驱硒化物薄膜会快速升温到350℃～1100℃，促使硒化物前驱薄膜中CuxSe/与In4Se3 相受热快速融化(523℃液化)，辅助CIGS薄膜晶体液相反应生长和薄膜自身的致密化，大晶粒致密的CIGS薄膜生成后，其表层会渗出微量或吸附着多余液相CuxSe；(4)第三硒硫化处理，基片衬底在520℃～580℃适宜温度时，将基片运动转移至溅射位置，调节气密空间气压至0.3～25Pa，通过反应溅射In2Se3或In2S3中和反应掉基片表层多余的液相CuxSe，严格控制基片表面CIGS薄膜成份由富铜转变成贫铜结构过程中，反应溅射In2Se3或In2S3的量；(5)第四硒化处理，反应溅射结束后增大气密空间导入类H2Se气体量，使其环境硒气压达20～80kPa时，高功率辐射热源对基片进行更快速度的热扫描；(6)第五高温硫化处理，排空类H2Se气体后，重新注入反应溅射气体H2S+Ar，维持气压在0.3～25Pa，基片移动至溅射位置后进行反应溅射In2S3，In2S3在薄膜的表层生成n型Cu(In1-xGax)SSe或Cu(In1-yGay)3(Se1-xSx)5高阻层；在上述快速硒硫化热处理的操作过程中，第二气密空间交替充入类H2Se气体或H2S+Ar气体，其中间进行过高真空排气工序，气压有升有降；(7)将经过快速硒硫化热处理后的基片转移至第三气密冷却空间；这样，第一空间整摞基片在经过快速硒硫化处理后归入第三冷却空间，该空间注入有Ar+H2S混合气体，保证基片衬底逐渐由580℃下降至110℃过程中，CIGS薄膜材料内硒硫元素不流失；(8)降温后的基片分别被推入第四气密空间，进行金属靶反应溅射沉积薄膜电池的高阻本征In(OH，S)/ZnS(O，OH)/ZnO(S)缓冲层与i层，二或三对纯金属溅射靶的靶材与反应气体的搭配足：In/(Ar、H2S与H2O)、Zn/(Ar、H2S与H2O)和Zn/(Ar、H2S与O2 或CO2)，溅射过程中基片衬底的温度控制在110℃～350℃；溅射完成后气密空间被抽至高真空状态，启动高功率辐射热源快速扫描基片表面；(9)将反应溅射沉积了高阻缓冲层与i层后的基片分别归入第五冷却空间；基片冷却后就可转入下一激光加工处理或机械划线的电池集成组件的电极串联连接工序，或沉积低阻透明导电ZnO:Al薄膜工序。