本发明专利技术涉及一种铜铟镓硒（ＣＩＧＳ）太阳电池光吸收层薄膜的制备方法。本发明专利技术的特征在于在底电极上通过磁控溅射法，采用单靶溅射、富铜靶和贫铜靶同时或先后溅射，制备出具有高反应活性、可快速反应烧结的ＣＩＧＳ前驱薄膜，然后将ＣＩＧＳ前驱薄膜进行热处理，快速反应生成平整、致密、均匀、光电性能良好的ＣＩＧＳ太阳电池光吸收层薄膜。本发明专利技术所提供的制备方法，可控性强，薄膜质量高、均匀性好，工艺简单，适合工业化生产。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳电池光吸收层的制备方法，更确切地说采 用磁控溅射法制备CIGS前驱薄膜，然后进行热处理制成太阳电池光吸收层，属于光伏材料 新能源
技术介绍
铜铟镓硒(Cu(In， Ga)S^，简称CIGS)薄膜太阳电池是新一代最有前途的太阳 电池，它具有成本低、效率高、寿命长、弱光性能好、抗辐射能力强、可柔性且环境友好等 多方面的优点。自20世纪90年代以来，CIGS在所有薄膜太阳电池中，就一直是实验室 转换效率最高的薄膜太阳电池。2008年4月，美国可再生能源实验室(NREL)又将其实 验室最高转换效率刷新为19. 9% (Ingrid R印ins， Miguel A. Contreras， Brian Egaas， Clay DeHart， JohnScharf， Craig L Perkins, Bobby To and Rommel Noufi， Progress in Photovoltaics -Research and A卯lications， 16 (3) ， 235-239， 2008)，与多晶硅的实验室 最高转换效率20.3%已非常接近，发展前景巨大。 CIGS光吸收层的制备是CIGS薄膜太阳电池的核心工艺。目前产业界制备CIGS 光吸收层的主要工艺包括蒸发法、磁控溅射Cu-In-Ga预制膜后硒化法和蒸发_溅射杂化 法等。但这些方法都不可避免地在薄膜的制备过程中会出现易挥发的中间相(如Ir^Se、 In4Se3、 InSe和In6Se7等)，使薄膜最终的实际成分与名义成分差别很大；而且由于易挥发 中间相的生成和挥发速度与温度、气压、挥发性物质的分压和表面气流状态等因素都密切 相关，大面积温场中不可控因素(分压、气流状态等)的涨落，会导致大面积薄膜成分出现 不可控的变化，从而导致薄膜的均匀性和重复性都难以控制，电池的生产良率无法得到保 证，严重制约了产业化生产的大规模扩张。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供CIGS薄膜太阳电池光吸收层的一种制备方法，采用所述 的方法可以提高大面积CIGS薄膜制备工艺的稳定性和成分的均匀性，提高CIGS薄膜太阳 电池的光电转换效率和电池生产良率。本专利技术所提供的方法具有工艺可控性强，制备的薄 膜质量高、均匀性好，工艺简单，适合工业化生产的特点。 因为，In2Se、 In4Se3、 InSe和In6Se7等物质在300°C以上都具有很高的蒸汽压，在 300°C以上这些物质都具有很强的挥发性，而已报道的CIGS薄膜的制备温度往往在500°C 以上(Maria皿a Kemell，Mikko Ritala，and Markku Leskel，Critical Reviews in Solid State and Materials Sciences, 30 :1-31， 2005)。若在CIGS薄膜的制备过程中生成这些 高挥发性的中间物质，往往会导致CIGS薄膜的最终成分难以控制。 本专利技术通过磁控溅射法，采用富铜耙和富铟耙在室温下制备出CIGS前驱薄膜，这 一方面避免了高温衬底导致的铟硒化合物的挥发问题；另一方面，在CIGS前驱薄膜中，富 铟相和富铜相紧密结合，处于原位复合的状态，在热处理反应时，物质输运路径非常短，反应速度非常快，快速生成蒸汽压非常低的铜铟镓硒多元化合物，有效地避免了元素的挥发。 实现本专利技术所提供的CIGS薄膜太阳电池光吸收层制备方法的一种方案(a)为 CIGS薄膜太阳电池光吸收层的一种制备方法，其特征在于采用包括射频溅射和 直流溅射的磁控溅射法制备具有高反应活性的CIGS前驱薄膜，并进行热处理以快速反应， 制备CIGS薄膜。具体包括以下工艺步骤 (1)制备CIGS前驱薄膜在底电极(101)上通过磁控溅射法，采用单靶溅射、富铜 靶和贫铜靶同时溅射，制备出CIGS前驱薄膜(200); (2)CIGS前驱薄膜热处理在真空中或一定气压的惰性气氛中，将固态单质Se源 加热到180°C 450°C ，形成Se的饱和蒸汽压，将上述CIGS前驱薄膜置于饱和Se蒸汽压中， 以10°C /min 100°C /min的升温速度快速升温到450°C 600°C，并保温lOmin 60min， 生成CIGS薄膜太阳电池的光吸收层。 实现本专利技术所提供的CIGS薄膜太阳电池光吸收层制备方法的另一种方案(b) 为 CIGS薄膜太阳电池光吸收层的一种制备方法，其特征在于包括以下步骤 (1)制备CIGS前驱薄膜在底电极(101)上通过磁控溅射法，采用富铜靶和贫铜 靶先后溅射，形成富铜层和贫铜层交替出现的叠层结构(201 20n)，制备出CIGS前驱薄 膜； (2)CIGS前驱薄膜热处理在真空中或一定气压的惰性气氛中，将固态单质Se源 加热到180°C 450°C ，形成Se的饱和蒸汽压，将上述CIGS前驱薄膜置于饱和Se蒸汽压中， 以10°C /min IO(TC /min的升温速度快速升温到450°C 600°C ，并保温lOmin 60min， 生成CIGS薄膜太阳电池的光吸收层。 上述方案(a)的制备步骤(1)中，其中单靶溅射的靶材为Cu卜x(In，Ga) Se2—x/2 (0. 05《x《0. 50)。 上述方案(a)和方案(b)的制备步骤(1)中，其中富铜耙为Cu、 CuSe、 Cu2Se和 Cu1+x(In， Ga) Se2+x/2 (0. 1《x《1. 0)中的一种或几种的混合。 上述方案(a)和方案(b)的制备步骤(1)中，其中贫铜靶为(In， Ga)4Se3、 (In， Ga) 2Se3、 Cu (In， Ga) 5Se8、 Cu (In， Ga) 3Se5、 Cu2 (In， Ga) 4Se7、 Cu3 (In， Ga) 5Se9禾口 Cu卜x (In， Ga) Se2—x/2(0. 4《x < 1. 0)中的一种或几种的混合。 上述方案(a)的制备步骤(1)中，其中单靶的溅射条件为采用射频溅射，溅射功 率密度为0. 2Wcm—2 lOWcm—2，靶距为4cm 20cm，工作气压为0. 05Pa 20Pa ;其中溅射功 率密度优选为0. 5Wcm—2 5Wcm—2，靶距优选为5cm 15cm，工作气压优选为0. 2Pa lOPa。 上述方案(a)和方案(b)的制备步骤(1)中，其中富铜靶的溅射条件为采用直 流溅射或射频溅射，溅射功率密度为0. 2Wcm—2 lOWcm—2，靶距为4cm 20cm，工作气压为 0. 05Pa 20Pa ;其中溅射功率密度优选为0. 5Wcm—2 5Wcm—2，耙距优选为5cm 15cm，工 作气压优选为0. 2Pa lOPa。 上述方案(a)和方案(b)的制备步骤(1)中，其中贫铜靶的溅射条件为采用射 频溅射，溅射功率密度为0. 2Wcm—2 lOWcm—2，靶距为4cm 20cm，工作气压为0. 05Pa 20Pa ;其中溅射功率密度优选为0. 5Wcm—2 5Wcm—2，靶距优选为5cm 15cm，工作气压优选 为0. 2Pa lOPa。 上述方案(b)的制备步骤(l)中，其中富铜层和贫铜层的总层数为2 12层，优 选为3 6层。 上述方案(b)的制备步骤(本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种ＣＩＧＳ薄膜太阳电池光吸收层的制备方法，其特征在于：采用磁控溅射法制备ＣＩＧＳ前驱薄膜，然后进行热处理，反应制备成ＣＩＧＳ薄膜。具体包括以下工艺步骤： （１）制备ＣＩＧＳ前驱薄膜：在底电极上通过磁控溅射法，采用单靶溅射、富铜靶和贫铜靶同时或先后溅射，制备出ＣＩＧＳ前驱薄膜（２００）； （２）ＣＩＧＳ前驱薄膜热处理：在真空中或一定气压的惰性气氛中，将固态单质Ｓｅ源加热到１８０℃～４５０℃，形成Ｓｅ的饱和蒸汽压，将步骤１制备的ＣＩＧＳ前驱薄膜置于饱和Ｓｅ蒸汽压中，以１０℃／ｍｉｎ～１００℃／ｍｉｎ的升温速率升温到４５０℃～６００℃并保温１０ｍｉｎ～６０ｍｉｎ，制备成ＣＩＧＳ薄膜太阳电池的光吸收层； 其中，①单靶溅射的靶材为Ｃｕ↓［１－ｘ］（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ↓［２－ｘ／２］，式中０．０５≤ｘ≤０．５０；②富铜靶为Ｃｕ、ＣｕＳｅ、Ｃｕ↓［２］Ｓｅ和Ｃｕ↓［１＋ｘ］（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ↓［２＋ｘ／２］，式中０．１≤ｘ≤１．０中的一种或几种的混合； ③贫铜靶为（Ｉｎ，Ｇａ）↓［４］Ｓｅ↓［３］、（Ｉｎ，Ｇａ）↓［２］Ｓｅ↓［３］、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）↓［５］Ｓｅ↓［８］、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）↓［３］Ｓｅ↓［５］、Ｃｕ↓［２］（Ｉｎ，Ｇａ）↓［４］Ｓｅ↓［７］、Ｃｕ↓［３］（Ｉｎ，Ｇａ）↓［５］Ｓｅ↓［９］和Ｃｕ↓［１－ｘ］（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ↓［２－ｘ／２］，式中０．４≤ｘ≤１．０中的一种或几种的混合。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：黄富强，王耀明，朱小龙，李爱民，张雷，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]
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