铜铟镓硒薄膜及其制备方法、装置、太阳能电池制造方法及图纸

本发明专利技术关于一种铜铟镓硒薄膜及其制备方法、装置、太阳能电池。该方法包括：在惰性气体的等离子体环境下，对带钼膜的衬底蒸发硒；蒸发硒过程中，对衬底施以第一偏置电压值，使惰性气体的等离子体形成等离子体荷能粒子并轰击衬底上的硒原子；在对衬底施加的偏置电压从第一偏置电压值降至第二偏置电压值的过程中，共蒸发铟、镓和硒，使等离子体荷能粒子轰击衬底上的铟原子、镓原子和硒原子；共蒸发铜和硒，得到富铜的薄膜；在对衬底施以第三偏置电压值，且在具有惰性气体的等离子体环境下，共蒸发铟、镓和硒，使等离子体荷能粒子轰击衬底上的铟原子、镓原子和硒原子，得到富铟的铜铟镓硒薄膜。该技术方案可获得晶体结构优良、缺陷少的铜铟镓硒薄膜。

【技术实现步骤摘要】
铜铟镓硒薄膜及其制备方法、装置、太阳能电池
本专利技术涉及表面工程
，尤其涉及一种铜铟镓硒薄膜及其制备方法、装置、太阳能电池。
技术介绍
铜铟镓硒薄膜太阳能电池由于电池效率高、发电稳定性好、抗辐射能力强等优点被广泛应用。在铜铟镓硒薄膜太阳能电池的多层膜结构中，作为光吸收层的铜铟镓硒薄膜的质量是获得高效率电池的关键，通常采用铜铟镓硒薄膜作为铜铟镓硒薄膜太阳能电池的吸收层。相关技术中，普遍通过三步共蒸发法制备铜铟镓硒薄膜，但通过该制备方法制备铜铟镓硒薄膜时，在薄膜生长的初期，存在晶粒小、晶界较多等缺陷，不利于光电载流子的传输，限制了铜铟镓硒薄膜的光电转换效率。
技术实现思路
为了改善铜铟镓硒薄膜的晶体状况，提高铜铟镓硒薄膜的光电转换效率，本专利技术实施例提供一种铜铟镓硒薄膜及其制备方法、装置、太阳能电池。该技术方案如下：根据本专利技术实施例的第一方面，提供一种铜铟镓硒薄膜的制备方法，包括：在惰性气体的等离子体环境下，对带有钼膜的衬底进行蒸发硒的处理；在蒸发硒的过程中，对所述衬底施以第一偏置电压值，使所述惰性气体的等离子体形成等离子体荷能粒子并轰击蒸发至所述衬底上的硒原子；在对所述衬底施加的偏置电压从所述第一偏置电压值降至第二偏置电压值的过程中，共蒸发沉积铟、镓和硒，使所述等离子体荷能粒子轰击蒸发至所述衬底上的铟原子、镓原子和硒原子；共蒸发沉积铜和硒，得到富铜的薄膜；在对所述衬底施以第三偏置电压值，且在具有所述惰性气体的等离子体环境下，共蒸发沉积铟、镓和硒，使所述等离子体荷能粒子轰击蒸发至所述衬底上的铟原子、镓原子和硒原子，得到表面富铟的铜铟镓硒薄膜在一个实施例中，在蒸发硒之前，利用所述等离子体荷能粒子在真空环境下对所述衬底进行清洁处理。在一个实施例中，所述第一偏置电压值为125～145V。在一个实施例中，所述第二偏置电压值为80V～100V。在一个实施例中，所述第三偏置电压值小于或等于55V。在一个实施例中，所述等离子体荷能粒子为荷能氩离子。在一个实施例中，所述等离子体源为先进等离子体源(AdvancedPlasmaSource，APS)。在一个实施例中，在所述对带有钼膜的衬底进行蒸发硒的处理步骤中，所述衬底的温度为345℃～385℃，蒸发时间为1min～4min。在一个实施例中，在对所述衬底施加的偏置电压从所述第一偏置电压值降至第二偏置电压值的过程中共蒸发沉积铟、镓和硒的步骤中，所述衬底的温度为345℃～385℃，蒸发时间为15min～25min。在一个实施例中，在所述共蒸发沉积铜和硒的步骤中，将所述衬底的温度从345℃～385℃加热至545℃～575℃，加热时间为4min～7min，在所述衬底的温度降至515℃～535℃时，结束蒸发。在一个实施例中，在具有所述第三偏置电压值环境下共蒸发沉积铟、镓和硒的步骤中，所述衬底的温度为515℃～535℃，蒸发时间为2min～5min。根据本专利技术实施例的第二方面，提供一种铜铟镓硒薄膜，所述铜铟镓硒薄膜是采用上述方法制备所得。根据本专利技术实施例的第三方面，提供一种铜铟镓硒薄膜的制备装置，其特征在于，所述装置包括真空腔室，设置在所述真空腔室上的加热器、工件架、偏压电源和等离子体源；所述工件架位于所述真空腔室内，用于放置衬底；所述等离子体源安装在所述真空腔室的内壁底部，所述等离子体源用于产生等离子体；所述偏压电源的正极接所述真空腔室，负极接所述工件架上的衬底，所述偏压电源用于提供偏置电压，所述等离子体在所述偏置电压的作用下形成定向的等离子体荷能粒子。根据本专利技术实施例的第四方面，提供一种铜铟镓硒太阳能电池包括上述铜铟镓硒薄膜。本专利技术实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果:在铜铟镓硒薄膜的制备过程中，通过等离子体荷能粒子与成膜元素的原子的碰撞，使成膜元素的原子在成膜表面的迁移能和活化能更高，具备迁移到合适成键位置的能力，从而获得晶体结构优良、缺陷少的铜铟镓硒薄膜，提高铜铟镓硒薄膜的光电转换效率。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本专利技术。附图说明此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本专利技术的实施例，并与说明书一起用于解释本专利技术的原理。图1是根据一示例性实施例示出的铜铟镓硒薄膜的制备方法的流程图。图2是根据一示例性实施例示出的铜铟镓硒薄膜的制备装置的结构示意图。具体实施方式这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本专利技术相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本专利技术的一些方面相一致的设备和方法的例子。本专利技术实施例提供的技术方案涉及一种铜铟镓硒薄膜的制备方法。图1是根据一示例性实施例示出的铜铟镓硒薄膜的制备方法的流程图，如图1所示，所述方法包括以下步骤：在步骤100中，在惰性气体的等离子体环境下，对带有钼膜的衬底进行蒸发硒的处理；在步骤102中，在蒸发硒的过程中，对所述衬底施以第一偏置电压值，使所述惰性气体的等离子体形成等离子体荷能粒子并轰击蒸发至所述衬底上的硒原子；在步骤104中，在对所述衬底施加的偏置电压从所述第一偏置电压值降至第二偏置电压值的过程中，共蒸发沉积铟、镓和硒，使所述等离子体荷能粒子轰击蒸发至所述衬底上的铟原子、镓原子和硒原子；在步骤106中，共蒸发沉积铜和硒，得到富铜的薄膜；在步骤108中，在对所述衬底施以第三偏置电压值，且在具有所述惰性气体的等离子体环境下，共蒸发沉积铟、镓和硒，使所述等离子体荷能粒子轰击蒸发至所述衬底上的铟原子、镓原子和硒原子，得到表面富铟的铜铟镓硒薄膜。这里，在蒸发硒的过程中，通过等离子体荷能粒子对蒸发至带有钼膜的衬底上的硒原子的轰击，可以使衬底表面的硒原子的迁移能、活化能更高，进而与衬底中的钼元素形成MoSe2，形成致密度高的膜层，为后续生长的铜铟镓硒薄膜提供较好结晶取向的基底。这里，在蒸发铟，镓和硒时，通过等离子体荷能粒子与铟原子，镓原子和硒原子之间的能量转移，使得铟原子，镓原子和硒原子的表面迁移能更高，具有迁移到合适成键位置的能力，进而构成较为完美的晶体结构本实施例所述的铜铟镓硒薄膜的制备方法，，通过等离子体荷能粒子与成膜元素的原子的碰撞，使成膜元素的原子在成膜表面的迁移能和活化能更高，具备迁移到合适成键位置的能力，从而获得晶体结构优良的铜铟镓硒薄膜。在一实施例中，在蒸发硒之前，利用所述等离子体荷能粒子对所述衬底进行清洁处理。这里，所述清洁处理为等离子体荷能粒子对所述衬底的轰击处理，示例的，轰击处理的时间可以为2min～6min。通过对所述衬底的清洁处理，可以清除衬底上的杂质，减少铜铟镓硒薄膜的制备过程中所产生的成核中心，进而减少由成核中心较多所导致的铜铟镓硒薄膜的晶粒小、晶界多等缺陷。在一实施例中，所述等离子体荷能粒子的产生条件同时包括：(1)通过等离子体源产生惰性气体的等离子体；(2)对所述衬底施加偏置电压。这里，通过对等离子体源产生的惰性气体的等离子体施加偏置电压，可以使得惰性气体的等离子体在电场作用下获得移动方向和更多能量，形成可以轰击衬底的等离子体荷能粒子，从而与蒸发至衬底上的成膜元素的原子发生碰撞，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铜铟镓硒薄膜的制备方法，其特征在于，包括：在惰性气体的等离子体环境下，对带有钼膜的衬底进行蒸发硒的处理；在蒸发硒的过程中，对所述衬底施以第一偏置电压值，使所述惰性气体的等离子体形成等离子体荷能粒子并轰击蒸发至所述衬底上的硒原子；在对所述衬底施加的偏置电压从所述第一偏置电压值降至第二偏置电压值的过程中，共蒸发沉积铟、镓和硒，使所述等离子体荷能粒子轰击蒸发至所述衬底上的铟原子、镓原子和硒原子；共蒸发沉积铜和硒，得到富铜的薄膜；在对所述衬底施以第三偏置电压值，且在具有所述惰性气体的等离子体环境下，共蒸发沉积铟、镓和硒，使所述等离子体荷能粒子轰击蒸发至所述衬底上的铟原子、镓原子和硒原子，得到表面富铟的铜铟镓硒薄膜。

【技术特征摘要】
1.一种铜铟镓硒薄膜的制备方法，其特征在于，包括：在惰性气体的等离子体环境下，对带有钼膜的衬底进行蒸发硒的处理；在蒸发硒的过程中，对所述衬底施以第一偏置电压值，使所述惰性气体的等离子体形成等离子体荷能粒子并轰击蒸发至所述衬底上的硒原子；在对所述衬底施加的偏置电压从所述第一偏置电压值降至第二偏置电压值的过程中，共蒸发沉积铟、镓和硒，使所述等离子体荷能粒子轰击蒸发至所述衬底上的铟原子、镓原子和硒原子；共蒸发沉积铜和硒，得到富铜的薄膜；在对所述衬底施以第三偏置电压值，且在具有所述惰性气体的等离子体环境下，共蒸发沉积铟、镓和硒，使所述等离子体荷能粒子轰击蒸发至所述衬底上的铟原子、镓原子和硒原子，得到表面富铟的铜铟镓硒薄膜。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述方法还包括：在蒸发硒之前，利用所述等离子体荷能粒子在真空环境下对所述衬底进行清洁处理。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一偏置电压值为125～145V。4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第二偏置电压值为80V～100V。5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第三偏置电压值小于或等于55V。6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述等离子体荷能粒子为荷能氩离子。7.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述等离子体源为先进等离子体源(AdvancedPlasmaSource，APS)。8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述对带有钼膜的衬底进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：来霸，卫成刚，
申请(专利权)人：华夏易能南京新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32