一種銅銦鎵硒太陽(yáng)能電池光吸收層薄膜的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于銅銦鎵硒太陽(yáng)能電池生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種銅銦鎵硒太陽(yáng)能電 池光吸收層薄膜的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 銅銦鎵硒薄膜是一種由化合物銅銦鎵硒薄膜半導(dǎo)體材料。它的禁帶寬度可在 L 02-1. 7eV之間調(diào)節(jié)（CuInl-xGaXSe2,0彡X彡0· 3)?？梢?jiàn)光吸收率高達(dá)105/cm，對(duì)太陽(yáng) 光譜的響應(yīng)覆蓋函數(shù)高。厚度2 μ m，在500納米可以吸收99%的太陽(yáng)光。因此，它已成為 光伏電池中最佳的吸收材料之一。
[0003] 在玻璃或金屬基片上沉積銅銦鎵硒吸收層常用的真空方法是：多元共蒸法和硒化 法。
[0004] 多元共蒸法：中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)200910089397. 5以直流方式在硒蒸發(fā)坩堝周?chē)a(chǎn)生 等離子體，使硒蒸氣離化，銅銦鎵分別蒸發(fā)，沉積銅銦鎵硒膜層。達(dá)到了降低硒化溫度，提高 銅銦鎵比例精度，實(shí)現(xiàn)大面積制備銅銦鎵硒薄膜的目的。該方法是銅銦鎵點(diǎn)源共蒸，等離子 體是加在坩堝上的正偏壓引發(fā)的，所以，銅銦鎵蒸發(fā)沉積的面積、硒蒸氣離化的區(qū)域是受限 的，只能實(shí)現(xiàn)有限的大面積沉積，仍屬于實(shí)驗(yàn)室級(jí)的生產(chǎn)規(guī)模，若要達(dá)到工業(yè)生產(chǎn)的規(guī)模， 則容易硒化分布不均勻的問(wèn)題。
[0005] 硒化法：中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利ZL200510011858. 9公開(kāi)了先用真空磁控濺射法制備 CuInGa金屬預(yù)制層，再在熱處理真空室中進(jìn)行硒或硫預(yù)蒸發(fā)，硒化或硫化處理。使用的是 CuIn祀或CuGa革E CuInGa革E，硒源或硫源加熱升溫蒸發(fā)，在金屬預(yù)制層上沉積一層硒或硫， 再通過(guò)鹵素?zé)粽丈湮蛄蚧?，最終得到銅銦鎵硒或銅銦鎵硫或銅銦鎵硒硫太陽(yáng)能電池吸 收層。該方法的基片的必須在濺射設(shè)備和硒蒸發(fā)硒化設(shè)備間來(lái)回進(jìn)行，如果要想滿(mǎn)足銅銦 鎵預(yù)制層必需的不同化學(xué)配比要求，因只一次硒化或硫化，效果不好，必然分幾次濺射、硒 化，再濺射、再硒化，往復(fù)幾次。如此，銅銦鎵預(yù)制層拿出真空室，面臨銅銦鎵被氧化的氧化 的風(fēng)險(xiǎn)，特別是，沉積一個(gè)完整的吸收層必須幾次拿出真空室，面臨各層都被氧化的風(fēng)險(xiǎn)。 而且，這個(gè)風(fēng)險(xiǎn)不易排除。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，提供一種銅銦鎵硒太陽(yáng)能電池光吸收層薄 膜的制備方法。
[0007] 本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下：
[0008] -種銅銦鎵硒太陽(yáng)能電池光吸收層薄膜的制備方法，包括如下步驟：
[0009] (1)將已經(jīng)沉積好金屬背電極和前驅(qū)金屬合金層的銅銦鎵基板以40~60°的角 度放置在真空腔的工作盤(pán)上，用電子束蒸發(fā)法在其上制備厚度為100~800nm的第一硒膜， 電子束蒸發(fā)法的參數(shù)為：蒸發(fā)速率4~12A/S,工件盤(pán)轉(zhuǎn)速為12~43r/min，第一硒膜的均勻 性控制在±5nm以?xún)?nèi)；
[0010] (2)將步驟（1)制得的具有硒膜的銅銦鎵基板以15~95°C /min的速率加熱至 100~300°C，同時(shí)通入純度為99. 5~99. 999%的惰性氣體，并保持IOkPa~IOOkPa的恒 定壓力；
[0011] (3)繼續(xù)以15~95°C /min的速率加熱至300~600°C，保持IOkPa~IOOkPa的 恒定壓力，同時(shí)用電子束蒸發(fā)法和離子源輔助硒化法在第一硒膜上制備厚度為500nm~ 1000 nm的第二硒膜，電子束蒸發(fā)法的參數(shù)為：蒸發(fā)速率8~22A/S,工件盤(pán)轉(zhuǎn)速為1~17r/ min，離子源輔助硒化法的參數(shù)為：純度在99. 5%以上的氬氣氣氛，工作電壓在300~700V， 電流在2. 5~7. 5A，第二硒膜的均勻性控制在±5nm以?xún)?nèi)；
[0012] (4)將溫度降低到200°C，排出真空腔內(nèi)的氣體，即得產(chǎn)品。
[0013] 在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，所述步驟（1)中的電子束蒸發(fā)法的參數(shù)為：蒸 發(fā)速率5~l:〇A/S,工件盤(pán)轉(zhuǎn)速為15~40r/min。
[0014] 在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，所述步驟（2)中的惰性氣體為氬氣或氮?dú)狻?br>[0015] 在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，所述步驟（3)中的電子束蒸發(fā)法的參數(shù)為：蒸 發(fā)速率HK20A/S,工件盤(pán)轉(zhuǎn)速為1~15r/min。
[0016] 在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，所述步驟（3)中的離子源輔助硒化法的參數(shù) 為：純度在99. 5%以上的氬氣氣氛，工作電壓在300~650V，電流在3. 0~7. 0A。
[0017] 在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，所述步驟（2)和（3)中的加熱的速率為20~ 90 °C /min 〇
[0018] 在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，所述步驟（2)和（3)中的加熱的方式為鹵素?zé)?照下加熱或者電阻絲上加熱，同時(shí)采用光輔助提高硒分子的活性。
[0019] 本發(fā)明的有益效果是：
[0020] 1、本發(fā)明的方法在蒸發(fā)過(guò)程中精確控制硒薄膜的厚度、基板的溫度、基板的放置 角度、工件盤(pán)的轉(zhuǎn)速、氣體壓力，從而達(dá)到硒薄膜在基板上分布均勻，變化梯度小。
[0021] 2、本發(fā)明的方法避免了共蒸法中大面積硒化分布不均勻的問(wèn)題，有利于提升CIGS 薄膜太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換率。
[0022] 2、本發(fā)明的方法的硒化薄膜的制備為連續(xù)過(guò)程，不需要反復(fù)拿出真空室，降低了 氧化的風(fēng)險(xiǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 以下通過(guò)【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行進(jìn)一步的說(shuō)明和描述。
[0024] 實(shí)施例1
[0025] (1)將已經(jīng)沉積好金屬背電極和前驅(qū)金屬合金層的銅銦鎵基板以40°的角度放 置在真空腔的工作盤(pán)上，用電子束蒸發(fā)法在其上制備厚度為800nm的第一硒膜，電子束蒸 發(fā)法的參數(shù)為：蒸發(fā)速率5~6A/S,工件盤(pán)轉(zhuǎn)速為40r/min，第一硒膜的均勻性控制在±5nm 以?xún)?nèi)；
[0026] (2)將步驟（1)制得的具有硒膜的銅銦鎵基板以25°C /min的速率加熱至120°C， 同時(shí)通入純度為99. 5~99. 999%的氮?dú)?，并保持IOkPa~15kPa的恒定壓力；
[0027] (3)繼續(xù)以25°C /min的速率加熱至330°C，保持IOkPa~15kPa的恒定壓力，同 時(shí)用電子束蒸發(fā)法和離子源輔助硒化法在第一硒膜上制備厚度為600nm的第二硒膜，電子 束蒸發(fā)法的參數(shù)為：蒸發(fā)速率工件盤(pán)轉(zhuǎn)速為15r/min，離子源輔助硒化法的參數(shù) 為：純度在99. 5%以上的氬氣氣氛，工作電壓在350V，電流在7. 0A，第二硒膜的均勻性控制 在±5nm以?xún)?nèi)；
[0028] (4)將溫度降低到200°C，排出真空腔內(nèi)的氣體，即得產(chǎn)品。
[0029] 所述步驟（2)和（3)中的加熱的方式為鹵素?zé)粽障录訜?，同時(shí)采用光輔助提高硒 分子的活性。
[0030] 實(shí)施例2
[0031] (1)將已經(jīng)沉積好金屬背電極和前驅(qū)金屬合金層的銅銦鎵基板以45°的角度放 置在真空腔的工作盤(pán)上，用電子束蒸發(fā)法在其上制備厚度為600nm的第一硒膜，電子束蒸 發(fā)法的參數(shù)為：蒸發(fā)速率7~8A/S，工件盤(pán)轉(zhuǎn)速為33/min，第一硒膜的均勻性控制在±5nm以 內(nèi)；
[0032] (2)將步驟（1)制得的具有硒膜的銅銦鎵基板以43°C /min的速率加熱至150°C， 同時(shí)通入純度為99. 5~99. 999 %的氬氣，并保持20kPa~30kPa的恒定壓力；
[0033] (3)繼續(xù)以43°C /min的速率加熱至400°C，保持20kPa~30kPa的恒定壓力，同時(shí) 用電子束蒸發(fā)法和離子源輔助硒化法在第一硒膜上制備厚度900nm的第二硒膜，電子束蒸 發(fā)法的參數(shù)為：蒸發(fā)速率LV15A/S,工件盤(pán)轉(zhuǎn)速為l〇r/min，離子源輔助硒化法的參數(shù)為： 純度在99. 5%以上的氬氣氣氛，工作電壓在450V，電流在6. 0A，第二硒膜的均勻性控制在 ± 5nm以?xún)?nèi)；
[0034] (4)將溫度降低到200°C，排出真空腔內(nèi)的氣體，即得產(chǎn)品。
[0035] 所述步驟（2)和（3)中的加熱的方式為電阻絲上加熱，同時(shí)采用光輔助提高硒分 子的活性。
[0036] 實(shí)施例3
[0037] (1)將已經(jīng)沉積好金屬背電極和前驅(qū)金屬合金層的銅銦鎵基板以52°的角度放 置在真空腔的工作盤(pán)上，用電子束蒸發(fā)法在其上制備厚度為300nm的第一硒膜，電子束蒸 發(fā)法的參數(shù)為：蒸發(fā)速率8~9A/S，工件盤(pán)轉(zhuǎn)速為20r/min，第一硒膜的均勻性控制在±5nm 以?xún)?nèi)；
[0038] (2