一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池光电吸收转换层的制备方法技术

一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池光电吸收转换层的制备方法，其基本步骤按顺序依次为：1）用物理真空溅射沉积薄膜的方法沉积一层铜镓合金薄膜。2）将上述铜镓薄膜在真空蒸发镀膜的硒蒸汽环境中硒化处理。3）在硒化处理后的薄膜上用真空共蒸发法沉积铟和硒元素。4）最后用真空蒸发法在上述薄膜之上沉积少量的镓以调节铜铟镓硒薄膜太阳能电池光电吸收转换层的电学性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种太阳能电池光电吸收转换层的制备方法。
技术介绍
铜铟镓硒薄膜太阳能电池是一种高效薄膜太阳能电池，该太阳能电池的光电吸收转换层是由铜、铟、镓和硒四种元素组成的化合物半导体薄膜，现有制备该太阳能电池光电吸收转换层的方法有共蒸发法和溅射后硒化法两种方式。共蒸发法制备铜铟镓硒化合物半导体薄膜的方法是：将铜、铟、镓、硒四种固体物质分别放置在各自独立的蒸发源内，各自独立的蒸发源被分别加热到能够使放置在其中的固体物质融化成液体的温度之上，其中放置铜的蒸发源需要加热至1300℃到1400℃，放置铟的蒸发源需要加热至1000℃到1100℃，放置镓的蒸发源需要加热至1150℃到1250℃，放置硒的蒸发源需要加热至300℃到350℃，在各自独立的蒸发源达到以上各自的温度后，放置在其中的固体物质融化成熔融状态的液体并产生含各自元素的蒸汽，各种元素的蒸汽在真空腔室内到达被加热至500℃～600℃的衬底表面、并附着在其上，各种元素在衬底表面上发生化学反应，最终形成铜铟镓硒化合物半导体薄膜。共蒸发法的优点是：所制备的薄膜一步完成，所用原材料成本较低；铜、铟、镓、硒四种元素的配比和元素浓度梯度能够精确控制。共蒸发法的不足是：三种金属元素尤其是铜的蒸发温度过高，蒸发源的设计复杂、制造困难；由于铜、铟、镓的蒸发温度都在1000摄氏度以上且温度相差较大，因而不同的蒸发源之间容易相互干扰，造成工艺控制和设备结构设计的困难进一步加大。溅射后硒化法制备铜铟镓硒化合物半导体薄膜的方法是在真空环境下将铜、铟、镓三种元素用磁控溅射的方法溅镀到沉积衬底上形成铜铟镓的合金薄膜，然后将沉积衬底及其之上沉积的铜铟镓合金薄膜放入400℃～500℃的H2Se（硒化氢）或Se（硒）蒸汽中硒化处理30到60分钟，硒化后得到铜铟镓硒化合物半导体薄膜。溅射后硒化法制备铜铟镓硒化合物半导体薄膜的优点是：设备简单，容易大规模制造。它的不足是：薄膜沉积所需的靶材昂贵；硒化工艺一般需要用到剧毒的硒化氢气体，容易对人体和环境造成伤害，且对该工艺的控制非常复杂，进一步推高了铜铟镓硒薄膜太阳能电池的制造成本。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池光电吸收转换层的制备方法，该方法将真空蒸发镀膜法和溅射镀膜法结合，制备铜铟镓硒薄膜太阳能电池光电转换吸收层。为实现上述目的，本专利技术采用以下方案：1、一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池光电吸收转换层的制备方法，其特征在于具有以下步骤：a)、用真空溅射的方法在衬底上溅射一层0.2~2.5μm厚的铜镓合金薄膜；b)、将溅射了铜镓合金薄膜的衬底放置于500~600℃的富含硒蒸汽的环境中对铜镓合金薄膜进行硒化处理；c)、将硒化处理后的衬底放置在设有铟蒸发源和硒蒸发源的共蒸发真空腔室内，500~600℃下将铟和硒蒸发沉积到铜镓合金薄膜之上，形成铜铟镓硒化合物半导体薄膜；d)、将衬底以及其上的铜铟镓硒化合物半导体薄膜放置入设置有镓蒸发源的真空蒸发腔室内，对铜铟镓硒化合物半导体薄膜沉积少量的镓。另外，作为制作铜铟镓硒薄膜太阳能电池组件的优选，在上述a）步骤铜镓合金薄膜形成后，用激光划线的方法将铜镓合金薄膜以及与其接触的衬底表面一起刻划，以规划出太阳能电池的各个子太阳能电池。采用以上方案制备光电吸收转换层的积极效果在于：1、上述a)步骤利用真空溅射沉积铜镓合金薄膜，为铜铟镓硒合金薄膜提供了铜镓元素，使后续利用共蒸发法只需蒸发铟、镓和硒元素，避免了铜元素的蒸发，从而避免了蒸发铜元素所带来的工艺和设备复杂性。2、上述b)、c)步骤在硒蒸汽环境中硒化处理铜镓合金薄膜和沉积铟、镓元素的方法相对于溅射后硒化法制备铜铟镓硒薄膜的方法的优势在于，在铜铟镓硒合金薄膜中的铜、铟、镓和硒四种元素的原子数比例更易于精确控制，且能够通过工艺的调节得到所需不同原子浓度分布的铜铟镓硒合金薄膜。本专利技术方法合理、利于大规模生产,充分发挥了共蒸发法制备铜铟镓硒太阳能电池能够精确控制元素比例从而获得更高转换效率以及溅射法设备结构简单的优点，本专利技术能够在生产中方便的推广利用，获得高性价比的铜铟镓硒薄膜太阳能电池产品。附图说明图1为本专利技术一实施例的加工步骤示意图。具体实施方式以下结合实施例及附图进一步说明本专利技术。实施例首先选用图1所示的衬底，该衬底包括有一片拥有平整表面的板状材料01，和在板状材料上沉积的一层钼薄膜02。作为制造薄膜太阳能电池的优选，板状材料01可以是平板玻璃或经过处理的不锈钢板或经过处理的聚酰亚胺板。以上所述的衬底为一种现有结构。衬底选择完成后，进行如下实施步骤：1、用真空溅射的方法在衬底上溅射一层0.2~2.5μm厚的铜镓合金薄膜。具体的做法是，将以上所述衬底放置于设置有铜镓合金靶的真空溅射腔室内，利用物理溅射沉积薄膜的方式沉积一层铜镓合金薄膜，所述铜镓合金薄膜的铜和镓两种元素来自于同一铜镓合金靶，铜镓合金靶的铜元素和镓元素原子数量比为2~8。本步骤完成后，铜镓合金薄膜03沉积在钼薄膜02上。2、将溅射了铜镓合金薄膜的衬底放置于500~600℃的富含硒蒸汽的环境中，对铜镓合金薄膜进行硒化处理。硒化处理时间为20~60分钟。作为优选，所述硒化处理可以在放置了硒蒸发源的真空蒸发腔室内进行。3、将硒化处理后的衬底及其上的铜镓薄膜放置在设有铟蒸发源和硒蒸发源的共蒸发真空腔室内，500~600℃下将铟和硒蒸发沉积到铜镓合金薄膜之上，形成铜铟镓硒化合物半导体薄膜04。在铟和硒蒸发沉积的过程中，铜、镓、铟、硒四种元素同时相互扩散反应，形成铜铟镓硒化合物半导体薄膜04。4、上述的铟和硒蒸发沉积完毕后，再将衬底以及其上的铜铟镓硒化合物半导体薄膜04放置入设置有镓蒸发源的真空蒸发腔室内，对铜铟镓硒化合物半导体薄膜沉积少量的镓05，所述镓的沉积厚度为5~50纳米。其目的是，调节铜铟镓硒薄膜太阳能电池光电吸收转换层的电学性能，提高铜铟镓硒薄膜太阳能电池的效率。另外，作为制作铜铟镓硒薄膜太阳能电池组件的优选，在上述1步骤铜镓合金薄膜形成后，用激光划线的方法将铜镓合金薄膜以及与其接触的衬底表面既钼薄膜一起刻划，以规划出铜铟镓硒薄膜太阳能电池的各个子太阳能电池。此手段的目的在于，降低太阳能光伏组件的漏电流。这是因为相对于传统制作铜铟镓硒太阳能光伏组件的方法在第二次划线后才将铜铟镓硒合金薄膜划分开来的做法，本专利技术专利所述的上述方法在第一次刻划时就将铜镓划分开来，使得划线部分的衬底上残留铜元素贡献的漏电流更少。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池光电吸收转换层的制备方法，其特征在于具有以下步骤：a)、用真空溅射的方法在衬底上溅射一层0.2～2.5μm厚的铜镓合金薄膜；b)、将溅射了铜镓合金薄膜的衬底放置于500～600℃的富含硒蒸汽的环境中对铜镓合金薄膜进行硒化处理；c)、将硒化处理后的衬底放置在设有铟蒸发源和硒蒸发源的共蒸发真空腔室内，500～600℃下将铟和硒蒸发沉积到铜镓合金薄膜之上，形成铜铟镓硒化合物半导体薄膜；d)、将衬底以及其上的铜铟镓硒化合物半导体薄膜放置入设置有镓蒸发源的真空蒸发腔室内，对铜铟镓硒化合物半导体薄膜沉积少量的镓。

【技术特征摘要】
1.一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池光电吸收转换层的制备方法，其特征在于具有以下步骤：
a)、用真空溅射的方法在衬底上溅射一层0.2～2.5μm厚的铜镓合金薄膜；
b)、将溅射了铜镓合金薄膜的衬底放置于500～600℃的富含硒蒸汽的环境中对铜镓合金薄膜进行硒化处理；
c)、将硒化处理后的衬底放置在设有铟蒸发源和硒蒸发源的共蒸发真空腔室内，500～600℃下将铟和硒蒸发沉积到铜镓合金薄膜之上...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈良范，孙嵩泉，甄永泰，
申请(专利权)人：安徽省恒致铜铟镓硒技术有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34