铜铟镓硒薄膜太阳电池光吸收层的硒化方法技术

本发明专利技术涉及一种铜铟镓硒薄膜太阳电池光吸收层的硒化方法，包括(1)装片；(2)升温；(3)降温，其中步骤(1)中装有反应物的石英舟外面套有导向桶；步骤(3)中降温后的基片通过机械磁力拉杆由反应腔体拉至转换腔体。本发明专利技术反应后的基片由于从500℃以上的反应室快速移到室温真空转换腔体，由于采用双腔体结构，保证了基片温度的控制，减少了吸收层杂相的产生；本发明专利技术采用导向桶，保证了反应物的充分反应，减少了反应物的用量，提高了电池的性能和重复性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于铜铟镓硒薄膜太阳电池制造
，尤其是一种铜铟镓硒薄膜太阳 电池光吸收层的硒化方法。
技术介绍
铜铟镓硒(泛指CIGS，CIGSS)薄膜太阳电池的基本结构是基底/金属背电极/ 光吸收层/ (缓冲层)/窗口层/透明电极层/金属栅状电极/减反射层。目前，以黄铜矿 结构化合物半导体铜铟镓硒为光吸收层的薄膜太阳电池，被认为是最具有发展前景的化合 物电池之一，铜铟镓硒薄膜是一种直接带隙半导体材料，其重要特性是能隙可通过( 掺入 量进行调节。铜铟镓硒材料禁带宽度可以在1. 04eV 1. 65eV间变化，非常适合调整和优 化材料的禁带宽度，使铜铟镓硒薄膜太阳电池具有最佳的光学能隙。铜铟镓硒薄膜材料对 可见光的吸收系数是薄膜电池中最高的，达到105/cm，适合于电池结构薄膜化。这些优势使 铜铟镓硒薄膜电池成为转换效率最高的薄膜电池。其具有制造成本低、高光电转换效率强、 抗辐射能力强、性能稳定等优点。当前铜铟镓硒光吸收层的制备方法主要有共蒸法和溅射 后硒化法。共蒸法有两种方式，一种是一步共蒸法，即将Ciulrufeje或者包括S同时蒸发 沉积，形成铜铟镓硒薄膜；另一种是三步共蒸法，由于美国国家可再生能源实验室(NREL) 最先采用，所以也叫做NREL法，该方法分三步进行，首先是蒸发沉积^ufei和％，接着蒸发 沉积Cu和％，最后为了使III族元素过量，再次蒸发沉积h、fe和％。硒化法是在衬底上 先沉积铜铟镓(CU、In、Ga)形成预制膜基片，然后在％气氛中硒化形成铜铟镓硒光吸收层。 同样用硫替代硒，也可进行硫化反应或先硒后硫(先硫后硒)分步法的化学热处理，最终生 成铜铟镓硒光吸收层。共蒸法制备的铜铟镓硒光吸收层不易控制、工艺设备复杂；硒化法制 备的铜铟镓硒光吸收层工艺简单，易于控制，适合工业化生产。现有技术中的预制膜基片既可用Hje或气体硒化制备铜铟镓硒光吸收层，也 可用固态％或S硒化制备铜铟镓硒光吸收层。其中采用Hje或气体制备的光吸收层 制成的铜铟镓硒薄膜太阳电池转换效率较高，但Hje或均是剧毒气体，且易燃，对保存 和操作的要求非常高，严重影响了此种方法的实际应用；采用固态％或S硒化制备铜铟镓 硒光吸收层，例如中国专利CN1719625采用的预蒸发硒化或硫化法，是先在预制膜基片表 面蒸发一层硒或硫，再通过卤钨灯照射加热预制膜基片，制备铜铟镓硒吸收层，其反应物的 消耗大，温度不易控制。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种工艺简单、温度容易控制、减少 吸收层杂相的产生、反应物消耗少的。本专利技术解决其技术问题是通过以下技术方案实现的，包括以下过程(1)装片将退火后的基片放在能够与机械磁力拉杆相吸的基片支架上，反应物装入石英舟；自上至下将基片加热器、基片支架、套在导向桶中的石英舟和石英舟加热炉放 置在一个反应腔体中，导向桶外周均布有加热带；用抽真空系统对反应腔体、通过阀门与反 应腔体相通的转换腔体和石英舟抽真空，真空度均为6X KT3Pa以下；(2)升温由PID温度控制器控制温度，石英舟加热炉温度升至200°C以上、加热 带温度升至250°C以上时，打开基片加热器升温至500°C以上；石英舟中的反应物正对着基 片，基片和反应物进行硒化反应，保持15min以上；(3)降温硒化反应完成后，基片加热器保持500°C以上，石英舟加热炉和加热带 温度通过反应腔体壁中的循环水快速降温至200°C以下，用机械磁力拉杆吸住基片支架，快 速拉至与反应腔体相通的温度为室温的转换腔体中，待基片温度降至室温，基片即为铜铟 镓硒薄膜太阳电池光吸收层。而且，所述(1)中反应物为硒或硫，或硒和硫的混合物。而且，所述(1)中基片加热器为红外卤钨灯。而且，所述(1)中石英舟加热炉为阻性材料。而且，所述⑴中导向桶为不锈钢圆柱筒，圆柱体外周布有阻性材料。而且，所述(1)中抽真空系统为机械泵或小型涡轮分子泵。本专利技术的优点和有益效果为1、本专利技术反应后的基片由于从500°C以上的反应室快速移到室温真空转换腔体， 由于采用双腔体结构，保证了基片温度的控制，减少了吸收层杂相的产生。2、本专利技术采用导向桶，保证了反应物的充分反应，减少了反应物的用量，提高了电 池的性能和重复性。附图说明图1为本专利技术铜铟镓硒薄膜太阳电池光吸收层的硒化设备结构示意图。 具体实施例方式下面通过具体实施例对本专利技术作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限 定性的，不能以此限定本专利技术的保护范围。，步骤是(1)装片将退火室1中退火后的基片放在能够与机械磁力拉杆13相吸的基片支 架3上，硒作为反应物装入石英舟7 ；自上至下将红外卤钨灯5、基片支架、套在导向桶6中 的石英舟和石英舟加热炉8放置在一个反应腔体2中；导向桶为不锈钢圆柱筒，外周均布有 阻性材料构成的加热带9 ；用机械泵4对反应腔体、通过阀门10与反应腔体相通的转换腔 体12和石英舟抽真空，真空度均为6X ；(2)升温由PID温度控制器(图中未标注)控制温度，石英舟加热炉温度升至 2000C以上、加热带温度升至250°C以上时，打开基片加热器升温至500°C ；石英舟中的反应 物正对着基片，基片和反应物进行硒化反应，保持15min以上；(3)降温硒化反应完成后，基片加热器保持500°C，石英舟加热炉和加热带温度 通过反应腔体壁中的循环水11快速降温至200°c以下，用机械磁力拉杆吸住基片支架，快 速拉至与反应腔体相通的温度为室温的转换腔体中，待基片温度降至室温，基片即为铜铟镓硒薄膜太阳电池光吸收层。实施例1 在普通纳钙玻璃上采用磁控溅射沉积0. 2 μ m厚Cr过渡层，在过渡层上采用磁控 溅射沉积0. 9 μ m厚金属Mo，再在Mo薄膜上采用双靶(Cuh比为0. 9 1的合金靶和Cufei 比为0. 6 1的合金靶)分别或同时溅射沉积0. 6 μ m-1. 0 μ m铜铟镓，制成铜铟镓金属预 制膜的基片。基片放在退火室中进行退火，将退火后的基片放在基片支架上，义作为反应 物置于石英舟中，自上至下将红外卤钨灯、基片支架、套在导向桶中的石英舟和阻性材料制 成的石英舟加热炉放置在一个反应腔体2中；由机械泵作为抽真空系统，对反应腔体、通过 阀门与反应腔体相通的转换腔体和石英舟进行抽真空，当真空度达到6X 10-3 以下后，打 开为石英舟加热炉和均布在导向桶上的加热带，由PID温度控制器将石英舟加热炉温度升 至200°C以上、导向桶的温度保持至250°C，保证石英舟中的％温度达到200°C，此时，打开 红外卤钨灯对基片加热，基片温度至500°C时，保持15min以上，基片与％进行充分的硒化 反应。当硒化反应完成后，基片温度仍保持在500°C，由反应腔体壁中的循环水将石英舟加 热炉和均布在导向桶上的加热带快速降温，使石英舟中硒的温度降至200°C下，用机械磁力 拉杆吸住反应腔体中的基片支架，快速拉至与反应腔体相通的温度为室温的真空转换腔体 中，待基片温度降至室温，硒化后的基片即为本专利技术铜铟镓硒薄膜太阳电池用吸收层。利 用该吸收层制备的Cu(In，( ) Se52太阳能电池的开路电压大于400mv，短路电流密度大于 35mA/cm2，光电转化效率大于7. 0%。实施例2 在钛薄上采用磁控溅射沉积0. 9 μ 本文档来自技高网...

【技术保护点】
铜铟镓硒薄膜太阳电池光吸收层的硒化方法，其特征在于：包括以下过程：（１）装片：将退火后的基片放在能够与机械磁力拉杆相吸的基片支架上，反应物装入石英舟；自上至下将基片加热器、基片支架、套在导向桶中的石英舟和石英舟加热炉放置在一个反应腔体中，导向桶外周均布有加热带；用抽真空系统对反应腔体、通过阀门与反应腔体相通的转换腔体和石英舟抽真空，真空度均为６×１０↑［－３］Ｐａ以下；（２）升温：由ＰＩＤ温度控制器控制温度，石英舟加热炉温度升至２００℃以上、加热带温度升至２５０℃以上时，打开基片加热器升温至５００℃以上；石英舟中的反应物正对着基片，基片和反应物进行硒化反应，保持１５ｍｉｎ以上；（３）降温：硒化反应完成后，基片加热器保持５００℃以上，石英舟加热炉和加热带温度通过反应腔体壁中的循环水快速降温至２００℃以下，用机械磁力拉杆吸住基片支架，快速拉至与反应腔体相通的温度为室温的转换腔体中，待基片温度降至室温，基片即为铜铟镓硒薄膜太阳电池光吸收层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵彦民，刘兴江，方小红，王庆华，冯金晖，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十八研究所，
类型：发明
国别省市：12