一种铜铟镓硒吸收层的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种铜铟镓硒吸收层的制备方法，具体包括如下步骤：在背电极钼层上制备铜铟镓预制膜，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；将所述铜铟镓预制膜分两个阶段进行硒化反应，其中，第一阶段在第一载气流量值的硒气氛中反应第一预设时长；第二阶段在第二载气流量值的硒气氛中反应第二预设时长，最终得到含硒化钼层的铜铟镓硒吸收层，所述硒化钼层的厚度为20nm～400nm。本发明专利技术的技术方案能够控制硒化钼的生成，在降低钼和铜铟镓硒层间的接触电阻，提高导电性能的同时，保证不增加电池内阻负担，不出现粘结性问题。

A preparation method of copper indium gallium selenium absorption layer

【技术实现步骤摘要】
一种铜铟镓硒吸收层的制备方法
本专利技术涉及太阳能电池
，特别是指一种铜铟镓硒吸收层的制备方法。
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，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。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，而成本则是晶硅电池的三分之一，发展前景巨大；2018年日本Solarfrontier公司报道其公司小面积电池转换效率已达22.9％。CIGS电池结构为基底/背电极钼(Mo)/CIGS/缓冲层/透明导电层，其中，Mo是金属材料，CIGS吸收层为半导体材料，二者电子亲和势不同，使得电子由Mo传输至CIGS吸收层时会存在势垒，使得两种材料的接触电阻上升，影响CIGS电池的光电转换效率。CIGS吸收层生长过程中引入的Se在高温作用下可与Mo形成MoSe2，其电子亲和势介于Mo和CIGS层间，同时其带隙约1.4eV，可使得Mo与CIGS间的接触电阻下降，提升导电性。然而，现有技术中CIGS吸收层的制备方法中溅射后硒化法(简称两步法)是国际上普遍接受的产业化方法，具体为首先通过溅射CuGa、In/CuGa、CuIn等靶材得到CIG金属预制膜，然后在H2Se或者Se蒸汽气氛下进行高温热处理获得CIGS吸收层。两步硒化法采用在饱和的硒气氛下反应生成铜铟镓硒(CIGS)吸收层，在大量硒的条件下，In、Cu与Se快速反应生成致密、饱和的硒化物，如In2Se3，Cu2Se，当CIG预制膜表面覆盖了致密、饱和的硒化物后，这些硒化物阻碍Se元素向背电极钼层扩散与Mo生成MoSe2，难以获得含有硒化钼层的CIGS吸收层，不利于解决背电极和CIGS吸收层间存在较高的接触电阻的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提出一种铜铟镓硒吸收层的制备方法，该制备方法能够控制MoSe2的生成，减小电子传输过程中的势垒且保证结合力。基于上述目的本专利技术提供的一种铜铟镓硒吸收层的制备方法，包括如下步骤：在背电极钼层上制备铜铟镓预制膜，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；将所述铜铟镓预制膜分两个阶段进行硒化反应，其中，第一阶段在第一载气流量值的硒气氛中反应第一预设时长进行第一硒化反应；第二阶段在第二载气流量值的硒气氛中反应第二预设时长进行第二硒化反应，最终得到含硒化钼层的铜铟镓硒吸收层，所述硒化钼层的厚度为20nm～400nm。进一步的，所述第一载气流量值为20～100sccm时，所述第一预设时长为1～5min，这样的条件下部分金属钼能生成硒化钼。进一步的，所述第一载气流量值为20～80sccm时，所述第一预设时长为1～5min，形成硒化钼层。进一步的，所述第二载气流量值大于1000sccm，所述第二预设时长为5～30min，用于向铜铟镓预制膜中补充硒，形成铜铟镓硒吸收层。进一步的，所述硒化钼层的厚度为20nm～200nm，降低铜铟镓硒吸收层和钼层间接触电阻。进一步的，还包括在真空条件或设定气压的惰性气体中，将固态硒加热到250～350℃形成硒气的步骤，形成稳定的硒气源。进一步的，第一硒化反应和第二硒化反应的温度为均500～580℃，获得晶体均匀的铜铟镓硒吸收层。进一步的，第一硒化反应和第二硒化反应在石墨盒中进行，所述石墨盒用于实现均温。进一步的，所述铜铟镓预制膜通过磁控溅射法制备得到，所述磁控溅射法能够控制铜铟镓预制膜中的各元素浓度关系。从上面所述可以看出，本专利技术提供的一种铜铟镓硒吸收层的制备方法，将铜铟镓预制膜的硒化分两个阶段进行，先在第一载气流量值的硒气氛中反应第一预设时长，再于第二载气流量值的硒气氛中反应第二预设时长，得到含硒化钼层的铜铟镓硒吸收层，降低钼与铜铟镓硒吸收层间的接触电阻，提高导电性。在第一载气流量值下，由于硒量少，使得硒与铜铟镓预制膜反应时形成不饱和的硒化物，如In-Se，Cu-Se，此条件下硒能够通过这些不饱和的硒化物中的空位扩散到底部并与钼反应，在第二载气流量值下进一步形成铜铟镓硒吸收层，最终形成含有硒化钼的铜铟镓硒吸收层。由于硒化钼本身的导电性不如金属钼且因生成硒化钼后体积膨胀多倍，将造成电池内阻负载增加，不利于输出性能的提高，同时容易出现粘结性问题，本专利技术的技术方案通过控制第一阶段通入载气量控制硒的供应，能够有效控制生成的硒化钼层的厚度，避免因硒化钼层厚度过大造成电池内阻负载增加、影响输出性能的提高、降低钼与铜铟镓硒吸收层的结合力。附图说明图1为本专利技术实施例1中背电极和CIGS复合层结构的截面扫描电镜(SEM)扫描图；图2为本专利技术实施例2中背电极和CIGS复合层结构的截面扫描电镜(SEM)扫描图；图3为本专利技术实施例3中背电极和CIGS复合层结构的截面扫描电镜(SEM)扫描图；图4为本专利技术对比例1中背电极和CIGS复合层结构的截面扫描电镜(SEM)扫描图；图5为本专利技术对比例2中背电极和CIGS复合层结构的截面扫描电镜(SEM)扫描图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。需要说明的是，本专利技术实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本专利技术实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。本专利技术提供一种铜铟镓硒吸收层的制备方法，包括如下步骤：在背电极钼层上制备铜铟镓预制膜，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，当原子比例超出这一范围时，将导致最终形成的CIGS吸收层性能下降，无法获得高性能电池；将所述铜铟镓预制膜分两个阶段进行硒化反应，其中，第一阶段在第一载气流量值的硒气氛中反应第一预设时长；第二阶段在第二载气流量值的硒气氛中反应第二预设时长，最终得到含硒化钼层的铜铟镓硒吸收层，所述硒化钼层的厚度为20nm～400nm。在本专利技术的一些实施例中，所述第一载气流量值为20～100标准毫升/分钟(sccm)时，所述第一预设时长为1～5min，这样的条件下部分金属钼能生成硒化钼。在本专利技术的一些实施例中，所述第一载气流量值为20～80sccm时，所述第一预设时长为1～5min，形成硒化钼层。在本专利技术的一些实施例中，所述第二载气流量值大于1000sccm时，所述第二预设时长为5～30min，用于向铜铟镓预制膜中补充硒，形成铜铟镓硒吸收层。进一步的，载气为惰性气体，所述惰性气体选自氮气或者氩气。本专利技术的技术方案中铜铟镓硒预制膜分两个阶段进行硒化反应，在第一载气流量值的硒气氛中反应第一预设时长，再于第二载气本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铜铟镓硒吸收层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/n在背电极钼层上制备铜铟镓预制膜，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；/n将所述铜铟镓预制膜分两个阶段进行硒化反应，/n其中，第一阶段在第一载气流量值的硒气氛中反应第一预设时长进行第一硒化反应；/n第二阶段在第二载气流量值的硒气氛中反应第二预设时长进行第二硒化反应，最终得到含硒化钼层的铜铟镓硒吸收层，所述硒化钼层的厚度为20nm～400nm。/n

【技术特征摘要】
1.一种铜铟镓硒吸收层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
在背电极钼层上制备铜铟镓预制膜，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；
将所述铜铟镓预制膜分两个阶段进行硒化反应，
其中，第一阶段在第一载气流量值的硒气氛中反应第一预设时长进行第一硒化反应；
第二阶段在第二载气流量值的硒气氛中反应第二预设时长进行第二硒化反应，最终得到含硒化钼层的铜铟镓硒吸收层，所述硒化钼层的厚度为20nm～400nm。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一载气流量值为20～100sccm时，所述第一预设时长为1～5min，这样的条件下部分金属钼能生成硒化钼。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一载气流量值为20～80sccm时，所述第一预设时长为1～5min，形成硒化钼层。


4.根据权利要求1所述的制备方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶亚宽，李新连，陈涛，
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