一种四元共蒸AIGS薄膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种四元共蒸AIGS薄膜，包括玻璃基底、沉积在玻璃基底上的金属Mo背电极以及共蒸在Mo背电极上的吸收层；所述吸收层为一步法四元共蒸Ag、In、Ga、Se形成的AIGS薄膜层。本发明专利技术还公开了四元共蒸AIGS薄膜的制备方法以及AIGS薄膜太阳能电池。采用一步法，通过控制蒸发源材料蒸气压对薄膜的生长过程进行精确的控制，提高效率和薄膜的均匀性。

【技术实现步骤摘要】
一种四元共蒸AIGS薄膜及其制备方法和应用
本专利技术属于化合物薄膜及光伏电池
，具体涉及一种四元共蒸AIGS薄膜及其制备方法和应用。
技术介绍
化学气相沉积是利用含有薄膜元素的一种或几种气相化合物或单质、在衬底表面上进行化学反应生成薄膜的方法。它可以利用气相间的反应，在不改变基体材料的成分和不削弱基体材料的强度条件下，赋予材料表面一些特殊的性能。目前,由化学气相沉积技术制备的材料，不仅应用于刀具材料、耐磨耐热耐腐蚀材料、宇航工业上的特殊复合材料、原子反应堆材料及生物医用材料等领域，而且被广泛应用于制备与合成各种粉体材料、块体材料、新晶体材料、陶瓷纤维及金刚石薄膜等。在作为大规模集成电路技术的铁电材料、绝缘材料、磁性材料、光电子材料的薄膜制备技术方面，更是不可或缺。太阳能电池，也叫光伏电池，是一种可以将光能直接转变为电能的器件。按照太阳能电池的发展历程与制作材料可以将太阳能电池分为第一代太阳能电池，即鞋基半导体电池，包括单晶桂电池、多晶桂电池和非晶桂电池，此类桂基太阳能电池发展时间长，技术较成熟；第二代太阳能电池，即多兀化合物薄膜太阳能电池，包括硫化镉(CdTe)、铜铟硒(CIS)、砷化镓(GaAs)、铜铟镓硒(CIGS)；第三代太阳能电池是引入了有机物和纳米技术的新型薄膜太阳能电池，包括染料敏化太阳能电池，有机聚合物太阳能电池等。由于第三代太阳能电池还处于研究阶段，且其成本相应较高，目前在还很难达到应用的需求，因此，目前光伏电池中主要应用的还是第二代太阳能电池，由于CIGS材料本身具有很高的光吸收系数，其电池器件光电转换效率高、性能稳定寿命长、弱光性好以及抗辐射性能强，因此很有希望成为新一代大规模使用的太阳能电池材料。目前，小面积薄膜太阳能电池器件的最高效率已经达到。但是，制备工艺复杂、设备成本高以及原料使用率低，阻碍了其产业化发展。因此，如何制备高效率的太阳能电池与降低其总体成本，成为了研究该领域的两个主要方向。目前，CIGS的实验室转换效率已经达到21.3％，略低于多晶硅和单晶硅光伏电池。目前CIGS的制备多采用多元共蒸法，主要是通过热蒸发将所需的元素蒸发，并使得其以原子或分子的形式沉积下来。此方法制备的太阳能电池效率很高，但现有的方法操作繁琐，设备成本高。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种四元共蒸AIGS薄膜，提高薄膜的均匀性和光电学性能。本专利技术的进一步要解决的技术问题是提供一种四元共蒸AIGS薄膜的制备方法，采用一步法，通过控制蒸发源材料蒸气压对薄膜的生长过程进行精确的控制，提高效率和薄膜的均匀性。本专利技术进一步还解决了四元共蒸AIGS薄膜在太阳能电池中的应用。为解决上述问题，本专利技术所采用的技术方案如下：一种四元共蒸AIGS薄膜，包括玻璃基底、沉积在玻璃基底上的金属Mo背电极以及共蒸在Mo背电极上的吸收层；所述吸收层为一步法四元共蒸Ag、In、Ga、Se形成的AIGS薄膜层。作为进一步的方案，本专利技术所述的吸收层中各元素占原子百分比为：1:0.25:0.75:2，吸收层组分基本结构式为Ag(In0.25Ga0.75)Se2。作为进一步的方案，本专利技术所述的吸收层的总厚度为1.5-2μm；所述玻璃基底为钠钙玻璃，玻璃基底的厚度为1.5-2.5mm；所述Mo背电极的厚度为0.8-1.2μm。一种四元共蒸AIGS薄膜的制备方法，包括制备Mo背电极的步骤：用直流磁控滅射法在玻璃基底上沉积金属Mo，得到带有Mo背电极的基底；蒸发腔的设置步骤：将上述带有Mo背电极的基底分子束外延设备蒸发腔的旋转样品台上，带有Mo背电极的一面向下，基底的上方置有加热源，原料蒸发源位于蒸发腔的底部，原料蒸发源出口处安装有用于控制原料的开关，用液氮冷却蒸发腔并对蒸发腔抽真空，调节蒸发源中原料设定的蒸气压；四元共蒸制备吸收层的步骤：将带有Mo背电极的基底加热至520℃，打开Ag、In、Ga、Se蒸发源，在Mo背电极上共蒸发Ag、In、Ga、Se，形成AIGS薄膜层；冷却步骤：关闭Ag、In、Ga蒸发源，在Se气氛保护下冷却基底，当基底温度降至400℃时关闭蒸发源Se，同时关闭加热源，当基底温度降至200℃时，将样品台取至样品交换室，得到四元共蒸AIGS薄膜。作为进一步的方案，本专利技术所述的蒸发腔的设置步骤中，Ag、In、Ga、Se蒸发源中原料的蒸气压分别为Ag：8.5×10-5Torr，In：4.0×10-5Torr，Ga：8×10-5Torr，Se：2.0×10-3Torr。作为进一步的方案，本专利技术所述的四元共蒸制备吸收层的步骤中，共蒸发时间为35-42min。作为进一步的方案，本专利技术所述的冷却步骤中，在Se气氛保护下，冷却速度为15℃/分。一种AIGS薄膜太阳能电池，包括玻璃基底、沉积在玻璃基底上的金属Mo背电极、共蒸在Mo背电极上的吸收层、设置在收层上的CdS缓冲层以及在缓冲层上设置的本征氧化锌层和掺硼氧化锌透明导电薄膜窗口层，所述掺硼氧化锌透明导电薄膜窗口层上制作有金属铝栅电极，所述吸收层为一步法四元共蒸Ag、In、Ga、Se形成的AIGS薄膜层。一种AIGS薄膜太阳能电池的制备方法，包括制备Mo背电极的步骤：用直流磁控滅射法在玻璃基底上沉积金属Mo，得到带有Mo背电极的基底；蒸发腔的设置步骤：将上述带有Mo背电极的基底分子束外延设备蒸发腔的旋转样品台上，带有Mo背电极的一面向下，基底的上方置有加热源，原料蒸发源位于蒸发腔的底部，原料蒸发源出口处安装有用于控制原料的开关，用液氮冷却蒸发腔并对蒸发腔抽真空，调节蒸发源中原料设定的蒸气压；四元共蒸制备吸收层的步骤：将带有Mo背电极的基底加热至520℃，打开Ag、In、Ga、Se蒸发源，在Mo背电极上共蒸发Ag、In、Ga、Se，形成AIGS薄膜层；冷却步骤：关闭Ag、In、Ga蒸发源，在Se气氛保护下冷却基底，当基底温度降至400℃时关闭蒸发源Se，同时关闭加热源，当基底温度降至200℃时，将样品台取至样品交换室，得到四元共蒸AIGS薄膜；制作薄膜太阳能电池的步骤：采用化学水浴法制备CdS缓冲层，在CdS缓冲层上采用有机金属化学气相沉积方法制备本征氧化锌层及掺硼氧化锌透明导电薄膜窗口层，之后采用物理气相沉积在掺硼氧化锌透明导电薄膜窗口层上制备金属铝栅电极，得到AIGS薄膜太阳能电池。相对于现有技术，本专利技术的有益效果如下：1.本专利技术所述的四元共蒸AIGS薄膜具有较高的均匀性和良好的光电学性能；2.本专利技术所述的四元共蒸AIGS薄膜的制备方法整个过程在真空中采用一步法一次完成，通过控制蒸发源材料蒸气压对薄膜的生长过程进行精确的控制具有相率高、精确性高等优点。下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明。附图说明图1是本专利技术所述的玻璃基底温度曲线图；图2是本专利技术所述的四元共蒸AIGS薄膜的断面图。具体实施方式本专利技术所述的四元共蒸AIGS薄膜，包括玻璃基底、沉积在玻璃基底上的金属Mo背电极以及共蒸在Mo背电极上的吸收层；所述吸收层为一步法四元共蒸Ag、In、Ga、Se形成的AIGS薄膜层。作为进一步的方案，本专利技术所述的吸收层中各元素占原子百分比为1:0.25:0.75:2，吸收层组分基本结构式为Ag(In0.25Ga0.75)Se2作为进一步的方案，本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种四元共蒸AIGS薄膜，其特征在于，包括玻璃基底、沉积在玻璃基底上的金属Mo背电极以及共蒸在Mo背电极上的吸收层；所述吸收层为一步法四元共蒸Ag、In、Ga、Se形成的AIGS薄膜层。

【技术特征摘要】
1.一种四元共蒸AIGS薄膜，其特征在于，包括玻璃基底、沉积在玻璃基底上的金属Mo背电极以及共蒸在Mo背电极上的吸收层；所述吸收层为一步法四元共蒸Ag、In、Ga、Se形成的AIGS薄膜层。2.根据权利要求1所述的四元共蒸AIGS薄膜，其特征在于，所述吸收层中各元素占原子百分比为1:0.25:0.75:2，吸收层组分基本结构式为Ag(In0.25Ga0.75)Se2。3.根据权利要求1所述的四元共蒸AIGS薄膜，其特征在于，所述吸收层的总厚度为1.5-2μm；所述玻璃基底为钠钙玻璃，玻璃基底的厚度为1.5-2.5mm；所述Mo背电极的厚度为0.8-1.2μm。4.一种如权利要求1所述的四元共蒸AIGS薄膜的制备方法，其特征在于，包括制备Mo背电极的步骤：用直流磁控滅射法在玻璃基底上沉积金属Mo，得到带有Mo背电极的基底；蒸发腔的设置步骤：将上述带有Mo背电极的基底分子束外延设备蒸发腔的旋转样品台上，带有Mo背电极的一面向下，基底的上方置有加热源，原料蒸发源位于蒸发腔的底部，原料蒸发源出口处安装有用于控制原料的开关，用液氮冷却蒸发腔并对蒸发腔抽真空，调节蒸发源中原料设定的蒸气压；四元共蒸制备吸收层的步骤：将带有Mo背电极的基底加热至520℃，打开Ag、In、Ga、Se蒸发源，在Mo背电极上共蒸发Ag、In、Ga、Se，形成AIGS薄膜层；冷却步骤：关闭Ag、In、Ga蒸发源，在Se气氛保护下冷却基底，当基底温度降至400℃时关闭蒸发源Se，同时关闭加热源，当基底温度降至200℃时，将样品台取至样品交换室，得到四元共蒸AIGS薄膜。5.根据权利要求4所述的四元共蒸AIGS薄膜的制备方法，其特征在于，蒸发腔的设置步骤中，Ag、In、Ga、Se蒸发源中原料的蒸气压分别为Ag：8.5×10-5Torr，In：4.0×10-5Torr，Ga：8×10-5Torr，Se：2.0×10-3Torr。...

【专利技术属性】
技术研发人员：张险峰，
申请(专利权)人：电子科技大学中山学院，
类型：发明
国别省市：广东,44