一种铜铟镓硒太阳能薄膜的退火工艺、装置及制备方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于铜铟镓硒太阳能薄膜电池制备技术领域，具体涉及一种制备铜铟镓硒太阳能薄膜的退火工艺及所用装置和所述太阳能薄膜的制备方法。该退火工艺包括镀有CIGS薄膜的基板经退火处理时，在惰性气体氛围下，以共蒸发的方式在所述镀有CIGS薄膜的基板上沉积硒化钾。该退火工艺能够提高硒元素的转化率，同时利用本发明专利技术提供的退火工艺制备得到的CIGS薄膜的禁带宽度值高；通过加入硒化钾的方式，一方面可以补充硒元素，保证CIGS薄膜中四种元素的配比，同时还可以加入钾离子，补充活跃金属离子，提高载流子密度和薄膜的发电转换率，且提高了电子迁移率，降低了电阻率。

Annealing process, device and preparation method of a solar energy thin film of Cu in GA se

【技术实现步骤摘要】
一种铜铟镓硒太阳能薄膜的退火工艺、装置及制备方法
本专利技术属于铜铟镓硒太阳能薄膜电池制备
，具体涉及一种制备铜铟镓硒太阳能薄膜的退火工艺及所用装置和所述太阳能薄膜的制备方法。
技术介绍
随着世界能源需求的快速增长，传统的石化能源越来越不能满足我们的能源需求。太阳能以其清洁、无污染等优点成为最具潜力的新能源之一，与此同时，太阳能电池进入了快速发展的黄金时期。太阳能电池是一种直接将太阳能转化为电能的光电装置，铜铟镓硒薄膜电池(CIGS)具有制作工序少，具有相对成本低、性能稳定、抗辐射性强、光电转换效率高等优点，成为太阳能电池的研究热点之一。目前用于生产制备CIGS薄膜的方法主要有溅射后硒化法和共蒸发法两种，共蒸发法具有反应过程易于精确控制，使用这种工艺制备的CIGS薄膜太阳能电池的实验室光电转换效率已经超过20％；与此同时，很多公司和研究机构以共蒸发工艺为主要技术路线建立了CIGS薄膜电池组件的兆瓦级生产线，电池组件平均效率大多超过了12％，因此，共蒸发法被认为是制备高效率CIGS太阳电池的最佳选择。CIGS薄膜是在共蒸发环境中，由铜、铟、镓、硒四种元素在基板上反应形成的，其中铜、铟、镓共占膜层成分的50％左右，硒占膜层成分的50％左右，而共蒸发工艺腔室为了保证膜层厚度与成分比例，使基板在腔室停留时间过短，导致共蒸发腔室内的CIGS薄膜不能得到充分的退火生长。为了能够使晶体结构获得充分的优化，CIGS薄膜需要再经过退火腔室使晶体充分生长，但是在现有的退火技术中，CIGS薄膜会出现再结晶，再结晶过程会消耗硒元素，并且缺少活跃金属离子作为载流体，使硒元素的转化率受限，进而引起CIGS薄膜成分的改变。现有技术，中国专利文献CN105789371A中，公开了一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池掺钾元素的方法，采用共蒸发三步法制备铜铟镓硒薄膜，在三步法制备铜铟镓硒吸收层工艺结束后，不关闭硒蒸发源，关闭其他金属蒸发源，同时对装有氟化钾元素的蒸发源加热，但是该技术方案在进行退火处理时CIGS薄膜仍然会出现再结晶，消耗硒元素，引起CIGS薄膜元素配比发生变化，且引入氟元素，影响硒元素与铜铟镓三种元素的化学反应，易使四种元素配比发生变化。
技术实现思路
因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术中的共蒸发法制备CIGS薄膜退火过程中缺少活跃金属离子、CIGS薄膜中硒元素转化率受限等缺陷，从而提供一种铜铟镓硒太阳能薄膜制备中的退火工艺。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术提供了一种铜铟镓硒太阳能薄膜的退火工艺，包括以下步骤，镀有CIGS薄膜的基板经退火处理时，在惰性气体氛围下，以共蒸发的方式在所述镀有CIGS薄膜的基板上沉积硒化钾。所述惰性气氛为氦气、氖气、氪气或氩气；优选的，所述惰性气体为氩气。所述退火的温度为400-500℃，退火时间30-60min。优选的，所述退火的温度为400-500℃，退火时间50-60min。所述硒化钾共蒸发的加热功率为1000-1500w，时间为20-40min。优选的，所述硒化钾共蒸发的加热功率为1000-1500w，时间为25-35min。本专利技术还提供了一种铜铟镓硒太阳能薄膜的制备方法，包括以下步骤，制备镀有CIGS薄膜的基板；采用上述退火工艺进行退火处理，即得所述铜铟镓硒太阳能薄膜。所述CIGS薄膜通过共蒸发与磁控溅射相结合、共蒸发法或磁控溅射后硒化的方法制备得到。所述通过共蒸发与磁控溅射相结合的方法制备CIGS薄膜，包括以下步骤：以铜，铟，镓三种元素为蒸发源，按照基板移动方向，所述蒸发源的排布顺序为镓铟两种元素在前，铜在中间，镓铟两种元素交替结尾，在基板上进行蒸发镀膜，同时以硒靶材为磁控溅射靶在基板上进行磁控溅射，得到镀膜后的基板；将所述镀膜后的基板进行退火处理，即得所述铜铟镓硒太阳能薄膜。所述硒靶材为硒与硒化铜的混合物。所述硒靶材的磁控溅射功率5-10kw；所述硒靶材与基板之间的距离为1-1.5m；所述硒元素的沉积速率为1-5A/S。所述各个蒸发源等间距设置，各个蒸发源之间的距离为30-50cm；所述蒸发源与基板之间的距离为1.2-1.5m。所述镓蒸发源的加热功率为0.8-1kw；所述铜蒸发源的加热功率为2-3kw；所述铟蒸发源的加热功率为0.8-1kw；所述镓元素的沉积速率为1-3A/S；所述铜元素的沉积速率为1-4A/S；所述铟元素的沉积速率为1-3A/S。所述基板的温度为500-600℃；所述基板的移动速度为10-50cm/min。此外，本专利技术还提供了一种铜铟镓硒太阳能薄膜的退火装置，包括，退火室，用于所述铜铟镓硒太阳能薄膜的退火，包括，传输装置，设置在所述退火室内，用于承载和移动基板；蒸发源，用于硒化钾的蒸发，所述蒸发源放置加热器中，所述加热器与镀膜室采用密封连接；惰性气体入口，设置在退火室底部，蒸发源两侧。本专利技术还提供了一种采用共蒸发法和磁控溅射法相结合制备铜铟镓硒太阳能薄膜的镀膜装置，包括，镀膜室，用于实现基板的磁控溅射和蒸发镀膜；所述镀膜室包括，传输装置，设置在所述镀膜室内，用于承载和移动基板；分配装置，用于容纳靶材和分配溅射后的靶材元素，与所述传输装置相对设置，所述分配装置朝向所述传输装置的一侧设置有若干喷口；蒸发源，用于提供蒸发镀膜所需的金属元素，所述蒸发源放置于加热器内，所述加热器与镀膜室采用法兰连接。本专利技术技术方案，具有如下优点：1.本专利技术提供的铜铟镓硒太阳能薄膜制备方法中的退火工艺，包括以下步骤，镀有CIGS薄膜的基板经退火处理时，在惰性气体氛围下，以共蒸发的方式在所述镀有CIGS薄膜的基板上沉积硒化钾。由于镀膜室与退火室相通，退火室内会掺入镀膜室内铜铟镓硒反应产生的杂质，由于惰性气体入口与硒化钾蒸发源紧邻，在硒化钾由蒸发源到基板的过程中会被惰性气体包覆，不易受杂质的影响，防止过量的硒元素被消耗，使硒化钾直接到达基板，进而提高了硒元素的转化率；同时氩气在高温下可以导热，能够将热量均匀地分散在基板上，使晶体充分生长，逐渐由小颗粒聚合形成大颗粒，禁带宽度呈清晰的界限分布，使膜层的晶体得到优化、发电转化率得到提升，保证了退火效果。在退火处理中，硒元素易与其他金属元素发生反应被消耗，在此过程中加入硒化钾，一方面可以补充硒元素，保证CIGS薄膜中四种元素的配比，另一方面，加入硒化钾可以补充活跃金属钾离子，钾离子富集在CIGS薄膜的上层，可以提高载流子密度和薄膜的发电转换率，改善薄膜的电学特性，降低电阻率；且加入钾离子后，在制备太阳能电池时，有助于减少CIGS薄膜与太阳能电池缓冲层CdS的缓冲深度，防止缓冲层过多侵蚀CIGS薄膜，保证薄壁转化为有效深度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铜铟镓硒太阳能薄膜的退火工艺，其特征在于，包括以下步骤，镀有CIGS薄膜的基板经退火处理时，在惰性气体氛围下，以共蒸发的方式在所述镀有CIGS薄膜的基板上沉积硒化钾。/n

【技术特征摘要】
1.一种铜铟镓硒太阳能薄膜的退火工艺，其特征在于，包括以下步骤，镀有CIGS薄膜的基板经退火处理时，在惰性气体氛围下，以共蒸发的方式在所述镀有CIGS薄膜的基板上沉积硒化钾。


2.根据权利要求1所述的铜铟镓硒太阳能薄膜的退火工艺，其特征在于，所述惰性气氛为氦气，氖气，氪气或氩气。


3.根据权利要求1或2所述的铜铟镓硒太阳能薄膜的退火工艺，其特征在于，所述退火的温度为400-500℃，退火时间30-60min。


4.根据权利要求3所述的铜铟镓硒太阳能薄膜的退火工艺，其特征在于，所述退火的温度为400-500℃，退火时间50-60min。


5.根据权利要求1所述的铜铟镓硒太阳能薄膜的退火工艺，其特征在于，所述硒化钾的加热功率为1000-1500w，蒸发时间为20-40min；
所述硒化钾的沉积速率为2-4A/S。


6.根据权利要求5所述的铜铟镓硒太阳能薄膜的退火工艺，其特征在于，所述硒化钾的加热功率为1000-1500w，时间为25-35min。


7.一种铜铟镓硒太阳能薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤，<...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐义，李俊林，
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