[发明专利]一种基于一步共蒸发工艺制备梯度带隙光吸收层的方法和装置

摘要

本发明公开了一种基于一步共蒸发工艺制备梯度带隙光吸收层的方法和装置，该方法和装置基于简单的一步共蒸发工艺，通过控制Ga、In和Cu等金属蒸发源的蒸发速率，可在柔性衬底以及刚性衬底上制备出具有梯度带隙结构的单层CIGS薄膜，提高柔性CIGS薄膜太阳电池的性能。相比于先前的专利，该方法涉及工艺步骤少，技术方案简单，得到的CIGS薄膜带隙梯度结构简单、连续。

主权项

一种基于一步共蒸发工艺制备梯度带隙光吸收层的方法，其采用的装置包括一个真空蒸发腔室、抽真空系统和电离规，抽真空系统(4)位于装置右侧，用于维持装置镀膜时腔室的真空度，电离规(5)在沉积腔室左侧，用于测试腔室的压强；真空蒸发腔室(1)整体呈长方体形状，不锈钢通过无缝焊接工艺制成；在真空蒸发腔室表面无缝焊接了水冷管路；在所述真空蒸发腔室上部安装有衬底加热系统(2)，柔性或刚性衬底(3)固定于衬底加热系统下方，真空蒸发腔室中自左至右均匀分布地安装了5个不同种类材料的蒸发源，依次为Se蒸发源(6)，Ga蒸发源(7)，In蒸发源(9)，Cu蒸发源(11)，NaF蒸发源(13)，第二个到第五个蒸发源上方均安装有挡板，依次为Ga蒸发源挡板(8)，In蒸发源挡板(10)，Cu蒸发源挡板(12)，NaF蒸发源挡板(14)；以上各蒸发源上均固装有测量温度的热电偶，将测量的信号反馈给位于真空蒸发腔室外面的PID程序控制器，由PID程序控制器控制对应加热装置是否启动，以此控制各蒸发源的蒸发速率以及升温速率；其特征在于，在CIGS薄膜沉积过程中，Cu、Ga、In和Se四种元素同时蒸发，通过PID程序控制器控制Ga元素的蒸发速率，分别在薄膜开始沉积3－5分钟内以及薄膜沉积结束前的3－5分钟内，Ga蒸发源的蒸发温度为1030℃－1060℃，此段时间内沉积薄膜厚度为250nm－400nm，该层薄膜与随后沉积的Cu、Se元素反应，在吸收层底部CIGS/Mo界面附近形成一定的带隙梯度。