太阳能电池吸收层的制备方法和太阳能电池的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种太阳能电池吸收层的制备方法和太阳能电池的制备方法，其中该吸收层的制备方法包括在沉积有背电极的基底上依次溅射铜镓合金层和铟层；将沉积有单质硒层的铜铟镓预制膜放入反应腔中，并在反应腔中通入第一载气流量值的硒气氛，或通入第二载气流量值的硫蒸气；在第三温度阈和第三预设时长内对基底进行退火处理。本发明专利技术提供的太阳能电池吸收层的制备方法和太阳能电池的制备方法，通过在CIG预制膜上沉积一层单质硒层作为硒源供给，使硒元素可以穿过不饱和二元相向预制膜底部扩散，避免了镓元素向底部富集的问题。此外，通过通入低浓度的硫蒸气，从而提高了薄膜太阳能电池的带隙，增强了吸收层的性能。

Preparation method of solar cell absorbing layer and preparation method of solar cell

The invention discloses a preparation method of a solar cell absorption layer and a solar cell preparation method, wherein the absorption layer preparation method includes sputtering copper gallium alloy layer and indium layer successively on a substrate with a back electrode, placing a copper indium gallium prefabricated film deposited with a simple selenium layer into a reaction chamber, and communicating in the reaction chamber. The substrate was annealed at the third temperature threshold and the third preset time. The preparation method of the absorption layer of the solar cell and the preparation method of the solar cell provided by the invention can make the selenium element diffuse through the unsaturated binary phase to the bottom of the prefabricated film by depositing a simple selenium layer on the CIG prefabricated film as the selenium source supply, thus avoiding the problem of gallium element enrichment to the bottom. In addition, the band gap of thin film solar cells is improved and the performance of absorption layer is enhanced by introducing low concentration of sulfur vapor.

【技术实现步骤摘要】
太阳能电池吸收层的制备方法和太阳能电池的制备方法
本专利技术涉及太阳能电池制造
，尤其涉及一种太阳能电池吸收层的制备方法和太阳能电池的制备方法。
技术介绍
铜铟镓硒(简称CIGS)薄膜太阳能电池是新一代最具发展前景的太阳能电池。它具有转换效率高、成本低、寿命长、弱光性能好、抗辐射能力强等优点。自20世纪90年代以来一直是实验室转换效率最高的薄膜太阳能电池。2016年德国ZSW将CIGS实验室效率提升至22.6％，与晶硅电池的转换效率较为接近，发展前景巨大。CIGS吸收层的制备方法主要有共蒸发法、溅射后硒化法(简称两步法)以及电化学法等。其中，共蒸发法是通过蒸发Cu、In、Ga、Se四种元素，使其同时在基底沉积反应得到CIGS吸收层；两步法是首先通过溅射In2Se3、Ga2Se3、Cu2Se等化合物靶材得到铜铟镓硒预制膜，然后在H2Se或者Se蒸气气氛下进行高温热处理获得CIGS吸收层。而为了提高CIGS吸收层的表面带隙，可以在硒化后进一步进行硫化处理，从而得到CIGS吸收层。共蒸发法制备CIGS吸收层能够使小面积电池获得较高的转换效率，但对于大面积电池而言，由于大面积电池加工均匀性难以控制，产业化应用受到一定局限，无法获得高转换效率。对于两步法制备CIGS，由于Se与Cu、In、Ga元素的反应速率存在差异，导致热处理后形成底部富集Ga元素的细小晶粒，无法形成良好Ga元素分布的高性能CIGS吸收层。电化学法目前在大面积电池的稳定性以及CIGS电池的最高效率等方面仍与共蒸发法及两步法制备CIGS电池存在一定差距，产业化进程较慢。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种太阳能电池吸收层的制备方法和太阳能电池的制备方法，以提高大面积CIGS薄膜制备工艺的稳定性，改善CIGS薄膜表面的带隙，以及提高CIGS薄膜太阳能电池的光电转换效率。本专利技术提供了一种太阳能电池吸收层的制备方法，其中，包括如下步骤：在沉积有背电极的基底上依次溅射铜镓合金层和铟层，以形成铜铟镓预制膜；在所述铜铟镓预制膜上沉积单质硒层；将沉积有所述单质硒层的所述铜铟镓预制膜放入具有预设的第一温度阈的反应腔中，并在所述反应腔中通入预设的第一载气流量值的硒气氛，使所述铜铟镓预制膜在所述第一载气流量值的硒气氛中反应第一预设时长，或将沉积有所述单质硒层的所述铜铟镓预制膜放入具有预设的第二温度阈的反应腔中，并在所述反应腔中通入预设的第二载气流量值的硫蒸气，使所述铜铟镓预制膜在所述第二载气流量值的硫蒸气中反应第二预设时长；在预设的第三温度阈和第三预设时长内对所述基底进行退火处理。如上所述的太阳能电池吸收层的制备方法，其中，优选的是，在所述铜铟镓预制膜上沉积单质硒层具体包括：向所述反应腔中通入惰性气体，以作为硒气氛的工作载气；在预设的第四温度阈内，通过所述惰性气体将所述硒气氛沉积在所述铜铟镓预制膜上以形成单质硒层。如上所述的太阳能电池吸收层的制备方法，其中，优选的是，所述惰性气体为氮气或氩气，所述硒气氛包括：硒蒸气或硒化氢气体。如上所述的太阳能电池吸收层的制备方法，其中，优选的是，所述预设的第一温度阈为500℃～580℃，所述预设的第二温度阈为620℃～700℃，所述预设的第三温度阈为500℃～600℃，所述预设的第四温度阈为220℃～280℃。如上所述的太阳能电池吸收层的制备方法，其中，优选的是，所述第一预设时长为3min～8min，所述第二预设时长为30s～60s，所述第三预设时长为5min～30min。如上所述的太阳能电池吸收层的制备方法，其中，优选的是，所述将沉积有所述单质硒层的所述铜铟镓预制膜放入具有预设的第一温度阈的反应腔中之前还包括：在真空或设定气压的惰性气体中，将固态硒源加热至第五温度阈内，以形成硒气氛。如上所述的太阳能电池吸收层的制备方法，其中，优选的是，所述第五温度阈为220℃～270℃，所述设定气压为1Pa～1atm。如上所述的太阳能电池吸收层的制备方法，其中，优选的是，所述将沉积有所述单质硒层的所述铜铟镓预制膜放入具有预设的第二温度阈的反应腔中之前还包括：在真空或设定气压的惰性气体中，将固态硫源加热至第六温度阈内，以形成硫气氛。如上所述的太阳能电池吸收层的制备方法，其中，优选的是，所述第六温度阈为190℃～230℃。如上所述的太阳能电池吸收层的制备方法，其中，优选的是，所述铜铟镓预制膜组成元素的原子比例满足：0.8≤Cu/(In+Ga)≤0.96，0.25≤Ga/(In+Ga)≤0.35。如上所述的太阳能电池吸收层的制备方法，其中，优选的是，所述反应腔为石墨反应腔。本专利技术还提供了一种太阳能电池的制备方法，其中，包括上述任一项所述的如本专利技术提供的太阳能电池吸收层的制备方法。本专利技术提供的太阳能电池吸收层的制备方法和太阳能电池的制备方法，通过在CIG预制膜上沉积一层单质硒层作为硒源供给，使硒元素可以穿过不饱和In-Se、Cu-Se二元相向预制膜底部扩散，避免了镓元素向底部富集的问题，提高了CIGS薄膜晶粒尺寸；同时此阶段低浓度的Se蒸汽气氛能够补足CIG预制膜反应生成CIGS四元相所需Se；最后在高温以及一定Se浓度环境下进行退火处理，提高CIGS薄膜的晶粒尺寸及进一步改善Ga元素的扩散。通过将Se蒸汽更改为S蒸汽，在形成In-Se、Cu-Se二元相后，气氛中的S元素可继续与Cu、In、Ga进一步反应，最终形成CIGSSe吸收层，从而提高了CIGS薄膜太阳能电池的带隙，提高CIGS吸收层性能。同时，通过在CIG表面沉积一薄层Se层作为CIG金属预制膜快速升温过程的Se源供给，并在后续反应中供应低浓度的Se或S蒸气作为反应气体，提高了Se、S的利用率，降低生产成本。附图说明下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明。图1为本专利技术一种实施例提供的太阳能电池吸收层的制备方法的流程图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能解释为对本专利技术的限制。如图1所示，本专利技术实施例提供了一种太阳能电池吸收层的制备方法，其包括如下步骤：S100、在沉积有背电极的基底上依次溅射铜镓合金层和铟层，以形成铜铟镓预制膜(CIG预制膜)。其中，基底采用2～3.2mm厚度的钠钙玻璃，同时采用金属钼作为背电极，金属钼层的厚度为300～1000nm。铜镓合金层中铜原子和镓原子所占的百分比分别为75％和25％；铜镓合金层的厚度可以为300nm，铟层的厚度可以为250nm。此外，对铜镓合金层和铟层的溅射采用磁控溅射，具体可以为直流溅射或中频溅射。S200、在铜铟镓预制膜上沉积单质硒层。S300、将沉积有单质硒层的铜铟镓预制膜放入具有预设的第一温度阈的反应腔中，并在反应腔中通入预设的第一载气流量值的硒气氛，使铜铟镓预制膜在第一载气流量值的硒气氛中反应第一预设时长，或将沉积有单质硒层的铜铟镓预制膜放入具有预设的第二温度阈的反应腔中，并在反应腔中通入预设的第二载气流量值的硫蒸气，使铜铟镓预制膜在第二载气流量值的硫蒸气中反应第二预设时长。其中，上述反应腔为石墨反应腔。S400、在预设的第三温度阈和第三预设时本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种太阳能电池吸收层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：在沉积有背电极的基底上依次溅射铜镓合金层和铟层，以形成铜铟镓预制膜；在所述铜铟镓预制膜上沉积单质硒层；将沉积有所述单质硒层的所述铜铟镓预制膜放入具有预设的第一温度阈的反应腔中，并在所述反应腔中通入预设的第一载气流量值的硒气氛，使所述铜铟镓预制膜在所述第一载气流量值的硒气氛中反应第一预设时长，或将沉积有所述单质硒层的所述铜铟镓预制膜放入具有预设的第二温度阈的反应腔中，并在所述反应腔中通入预设的第二载气流量值的硫蒸气，使所述铜铟镓预制膜在所述第二载气流量值的硫蒸气中反应第二预设时长；在预设的第三温度阈和第三预设时长内对所述基底进行退火处理。

【技术特征摘要】
1.一种太阳能电池吸收层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：在沉积有背电极的基底上依次溅射铜镓合金层和铟层，以形成铜铟镓预制膜；在所述铜铟镓预制膜上沉积单质硒层；将沉积有所述单质硒层的所述铜铟镓预制膜放入具有预设的第一温度阈的反应腔中，并在所述反应腔中通入预设的第一载气流量值的硒气氛，使所述铜铟镓预制膜在所述第一载气流量值的硒气氛中反应第一预设时长，或将沉积有所述单质硒层的所述铜铟镓预制膜放入具有预设的第二温度阈的反应腔中，并在所述反应腔中通入预设的第二载气流量值的硫蒸气，使所述铜铟镓预制膜在所述第二载气流量值的硫蒸气中反应第二预设时长；在预设的第三温度阈和第三预设时长内对所述基底进行退火处理。2.根据权利要求1所述的太阳能电池吸收层的制备方法，其特征在于，在所述铜铟镓预制膜上沉积单质硒层具体包括：向所述反应腔中通入惰性气体，以作为硒气氛的工作载气；在预设的第四温度阈内，通过所述惰性气体将所述硒气氛沉积在所述铜铟镓预制膜上以形成单质硒层。3.根据权利要求2所述的太阳能电池吸收层的制备方法，其特征在于，所述惰性气体为氮气或氩气，所述硒气氛包括：硒蒸气或硒化氢气体。4.根据权利要求2所述的太阳能电池吸收层的制备方法，其特征在于，所述预设的第一温度阈为500℃～580℃，所述预设的第二温度阈为620℃～700℃，所述预设的第三温度阈为500℃～600℃，所述预设的第四温度阈为220℃～280℃。5.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶亚宽，赵树利，郭逦达，杨立红，
申请(专利权)人：北京铂阳顶荣光伏科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11