改善铜铟镓硒薄膜表面性质的电化学处理方法技术

本发明专利技术涉及太阳能电池技术领域，具体公开了改善铜铟镓硒薄膜表面性质的电化学处理方法：将铜铟镓硒薄膜硒化后放置在电化学工作站，仅Mo层连接工作电极，在无水乙醇中浸泡除去颗粒杂质；配制处理溶液，处理溶液为亚硫酸盐、金属硫化物和去离子水的混合溶液，pH值为8～14；施加电信号，1～600s后取出所述铜铟镓硒薄膜，用去离子水冲洗，高纯氮气吹干，电信号为循环伏安电信号、恒压电信号、恒流电信号、脉冲电压电信号或脉冲电流电信号的任一种。本发明专利技术的方法能有效溶解薄膜表面突起，改善薄膜表面的粗糙度，去除表面二次相，优化了薄膜表面质量，且环境友好，利于工业推广。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于太阳能电池
，特别涉及一种改善铜铟镓硒薄膜表面性质的电化学处理方法。
技术介绍
太阳能是众多可再生能源中最为丰富的能源，全球太阳光一小时的能量就相当于地球一年的能耗，远远高于风能、地热、水电、海洋能、生物能等能源。太阳能在未来能源结构中的比重将越来越大，保守估计这一比重于2100年会超过60％。因此，太阳能电池研究是未来能源发展的重要课题。铜铟镓硒(CuInxGaySez，也可包括硫，简写为CIGS)薄膜光伏板以其转换效率高、长期稳定性好、抗辐射能力强等优点成为光伏界的研究热点，有望成为下一代的廉价光伏板。铜铟镓硒薄膜光伏板是多层膜结构，通常包括：衬底、背电极、铜铟镓硒吸收层、缓冲层、窗口层、透明导电层等，其中铜铟镓硒吸收层是太阳能光伏板最关键的组成部分，决定了其性能的好坏。常规产业化制备铜铟镓硒电池光伏板的技术中，更多采用预制层后硒化法，这种方法的优势是，设备要求更低且容易大规模流水线生产。但是，这种方法也容易在硒化后在铜铟镓硒薄膜表面产生富Cu的杂相，比如Cu2Se。这些杂相具有低带宽高导电性，严重危害电池组件的性能，因此需要通过特殊的方法修饰表面，消除富Cu杂相，提高电池性能。专利CN102694068A公开了一种铜铟镓硒薄膜表面修饰的方法，在铜铟镓硒薄膜上沉积一定厚度的金属薄膜或合金薄膜，再将其置于反应性气氛下高温退火，沉积的金属或合金与铜铟镓薄膜表面的铜硒二次相(CuxSe)反应形成宽带隙的铜硒多元金属化合物，达到除去CuxSe的目的。沉积的金属或合金包括Zn、Al、Sn、Sb、Bi以及它们的合金。这种技术消除了CuxSe，但是引入新的元素会带来设备材料工艺成本的提升。专利CN103151429A公开了一种用于改善铜铟镓硒薄膜材料表层质量的化学处理方法，包含：步骤1，将玻璃衬底上涂覆有Mo层和CIGS薄膜的样品放入酒精溶液中浸泡5～10min，取出后在30～50℃下热处理30～60s；步骤2，配制含去离子水、氨水和锌盐的化学处理液，其中，氨水浓度为3mol/L，锌盐浓度为0～1×10-2mol/L，将步骤1中采用热处理后的样品，放入上述化学处理液中，经过7-10min浸润后取出样品，用干燥氮气吹干样品表面残留溶液，完成CIGS薄膜材料表层质量的化学处理。该技术主要用于填充Cu空缺，对于富Cu的杂相修饰效果很有限。B.Canavaetal.(JournalofPhysicsandChemistryofSolids,2003,64,E1791-E1796)报道了一种化学方法刻蚀铜铟镓硒薄膜表面富Cu杂相的方法，该方法采用氰化钾(KCN)、溴水(Br2)以及它们的混合物，对富Cu的CIGS表面进行浸泡腐蚀。结果显示，KCN具有很好的消除富Cu杂相的效果；而溴水和二者的混合物也具有一定的刻蚀效果，但会导致其余不良反应，需要精确控制条件。采用这种方法进行刻蚀操作简单，但是KCN本身是剧毒物质，而溴水也属于易挥发、恶臭性有害物质，大规模的产业应用带来环保问题。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是针对上述现有技术中存在的操作复杂且容易引入其他杂质、对环境污染严重、成本较高的问题，提供一种改善铜铟镓硒薄膜表面性质的电化学处理方法。为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：改善铜铟镓硒薄膜表面性质的电化学处理方法，包括如下步骤：步骤(1)：将铜铟镓硒薄膜硒化后放置在电化学工作站，仅Mo层连接工作电极，在无水乙醇中浸泡1～2min，除去表面颗粒杂质；步骤(2)：配制处理溶液，所述处理溶液为0.001～2M/L亚硫酸盐、0.001～2M/L金属硫化物和去离子水的混合溶液，pH值为8～14；步骤(3)：步骤(1)处理的铜铟镓硒薄膜放入步骤(2)制得的处理溶液，施加电信号，1～600s后取出所述铜铟镓硒薄膜，用去离子水冲洗，高纯氮气吹干，所述电信号为循环伏安电信号、恒压电信号、恒流电信号、脉冲电压电信号或脉冲电流电信号的任一种。作为太阳能电池领域，尚没有关于用电化学方法处理太阳能电池吸收层薄膜的方法的报道。本专利技术的专利技术人经过长期试验，通过筛选得到本专利技术的电化学处理溶液，通过电化学方法处理铜铟镓硒薄膜，通过电场作用，能有效溶解薄膜表面突起，改善铜铟镓硒薄膜表面的粗糙度，消除表面富铜相。本专利技术通过筛选电化学处理液，能够克服现有技术中的处理溶液剧毒、不环保的问题。本专利技术的方法，铜铟镓硒薄膜衬底既可以是刚性基底，如钠钙玻璃，也可以是柔性基底，如聚酰亚胺、不锈钢、钼箔片、铝箔片、铜箔片或钛箔片等。铜铟镓硒薄膜的沉积方法可以是溅射、共蒸镀、电镀以及旋涂等。作为优选，前述的改善铜铟镓硒薄膜表面性质的电化学处理方法，所述亚硫酸盐的浓度为0.1～0.3M/L。通过优选前述亚硫酸盐的浓度，既可以提高处理液的导电性，又能兼顾处理溶液的粘稠度。作为优选，前述的改善铜铟镓硒薄膜表面性质的电化学处理方法，所述金属硫化物的浓度为0.2～0.4M/L。通过优选前述金属硫化物的浓度，可以调节处理溶液的PH值，并改善溶液的导电性。作为优选，前述的改善铜铟镓硒薄膜表面性质的电化学处理方法，所述亚硫酸盐选自亚硫酸钠、亚硫酸钾、亚硫酸镁、亚硫酸锌或亚硫酸铜的任一种或一种以上的混合物。通过优选前述亚硫酸盐作为氧化还原剂，在电场作用下，可以有效溶解铜铟镓硒表面导电性较好的部分。作为优选，前述的改善铜铟镓硒薄膜表面性质的电化学处理方法，所述金属硫化物选自硫化钠、硫化钾、硫化镁或硫化锌的任一种或一种以上的混合物。通过优选前述硫化物，可以进一步调节处理溶液的PH值，并进一步改善整个溶液的导电性。作为优选，前述的改善铜铟镓硒薄膜表面性质的电化学处理方法，步骤(2)中，所述pH值为12～14。通过优选前述pH值，可以进一步提高电化学工作站的电信号传输。作为优选，前述的改善铜铟镓硒薄膜表面性质的电化学处理方法，所述电信号选自以下电信号的任一种：A.循环伏安电信号，所述循环伏安电信号的电压范围为-2.5～2.5V；B.恒压电信号，所述恒压电信号的电压范围为0.01～10V；C.恒流电信号，所述恒流电信号的电流范围为0.1～1000mA/cm2；D.脉冲电压电信号，所述脉冲电压电信号的电压范围为0.1～1.5V，脉冲时间为5ms，间隔时间为50ms；E.脉冲电流电信号，所述脉冲电流电信号的电流范围为0.01～200mA/cm2，脉冲时间为5ms，间本文档来自技高网...

【技术保护点】
改善铜铟镓硒薄膜表面性质的电化学处理方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤(1)：将铜铟镓硒薄膜硒化后放置在电化学工作站，仅Mo层连接工作电极，在无水乙醇中浸泡1～2min，除去表面颗粒杂质；步骤(2)：配制处理溶液，所述处理溶液为0.001～2M/L亚硫酸盐、0.001～2M/L金属硫化物和去离子水的混合溶液，pH值为8～14；步骤(3)：步骤(1)处理的铜铟镓硒薄膜放入步骤(2)制得的处理溶液，施加电信号，1～600s后取出所述铜铟镓硒薄膜，用去离子水冲洗，高纯氮气吹干，所述电信号为循环伏安电信号、恒压电信号、恒流电信号、脉冲电压电信号或脉冲电流电信号的任一种。

【技术特征摘要】
1.改善铜铟镓硒薄膜表面性质的电化学处理方法，其特征在于，包括如
下步骤：
步骤(1)：将铜铟镓硒薄膜硒化后放置在电化学工作站，仅Mo层连接工
作电极，在无水乙醇中浸泡1～2min，除去表面颗粒杂质；
步骤(2)：配制处理溶液，所述处理溶液为0.001～2M/L亚硫酸盐、0.001～
2M/L金属硫化物和去离子水的混合溶液，pH值为8～14；
步骤(3)：步骤(1)处理的铜铟镓硒薄膜放入步骤(2)制得的处理溶液，
施加电信号，1～600s后取出所述铜铟镓硒薄膜，用去离子水冲洗，高纯氮气
吹干，所述电信号为循环伏安电信号、恒压电信号、恒流电信号、脉冲电压电
信号或脉冲电流电信号的任一种。
2.根据权利要求1所述的改善铜铟镓硒薄膜表面性质的电化学处理方法，
其特征在于，所述亚硫酸盐的浓度为0.1～0.3M/L。
3.根据权利要求1所述的改善铜铟镓硒薄膜表面性质的电化学处理方法，
其特征在于，所述金属硫化物的浓度为0.2～0.4M/L。
4.根据权利要求1所述的改善铜铟镓硒薄膜表面性质的电化学处理方法，
其特征在于，所述亚硫酸盐选自亚硫酸钠、亚硫酸钾、亚硫酸镁、亚硫酸锌或
亚硫酸铜的任一种或一种以上的混合物。
5.根据权利要求1所述的改善铜铟镓硒薄膜表面性质的电化学处理方法，
其特征在于，所述金属硫化物选自硫化钠、硫化钾、硫化镁或硫化锌的任一种
或一种以上的混合物...

【专利技术属性】
技术研发人员：何绪林，梅军，廖成，刘江，叶勤燕，刘焕明，
申请(专利权)人：中物院成都科学技术发展中心，
类型：发明
国别省市：四川;51