一种薄膜太阳电池的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种薄膜太阳电池的制备方法，包括在衬底上依次制备底电极、吸收层、缓冲层、窗口层和上电极，其特点是：采用CuIn1-XGaxSe2靶材，通过射频磁控溅射和退火处理法在底电极上制备吸收层。本发明专利技术由于采用了CuIn1-XGaXSe2化合物靶材射频磁控溅射法在底电极上制备CuIn1-XGaxSe2层，在溅射过程中即形成了CuIn1-XGaxSe2相，仅需要通过简单的热处理过程即提高了吸收层的结晶度，晶粒达到微米级，提高了吸收层的性能，有效提高了薄膜太阳电池的性能，并且相比传统的共蒸发工艺与金属预制层溅射后硒化工艺，并且大大简化了工艺过程，工艺重复性好，过程可控。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于太阳能电池器件制备
，特别是涉及。
技术介绍
以黄铜矿结构的化合物半导体铜铟硒(CuInSe2,简写为CIS)系列混溶晶体为直接带隙材料，以其作为吸收层的薄膜太阳电池，被认为是最有发展前景的第三代化合物光伏电池之一，其组成包括CuInSe2，CuIn1^xGaxSe2, CuInS2, CuIn1 — xGaxS2，CuIn1 — xGaxSe2 — ySy等。现有的铜铟镓硒(硫)薄膜太阳电池，是在20世纪80年代后期开发出来的新型太阳 电池，是在钠钙玻璃、金属箔(不锈钢箔、钛箔、钥箔、铝箔等)或聚酰亚胺膜衬底上分别沉积多层薄膜构成的光伏器件，典型结构为如下的多层膜结构衬底/底电极/吸收层/缓冲层/窗口层/减反射膜/上电极。研究表明，吸收层铜铟镓硒(硫)薄膜对电池性能起着决定性的作用。由于元素成分多、结构复杂，主要由Cu、In、Ga、Se或/和S四种或五种元素合成，是由多种相互固溶的化合物构成，光学吸收层中各元素的化学配比及其分布是决定电池性能的重要因素。在铜铟镓硒薄膜太阳电池中，吸收层铜铟镓硒/硫薄膜的制备方法主要分为两类第一类方法是多元共蒸发法，即以Cu、In、Ga和Se为源在真空室中进行反应共蒸发，或将Cu + Se、In + Se、Ga + Se等二元分布共蒸发。共蒸发法要求每种元素的蒸发速率和在衬底上的沉积量都要求精确控制，才能得到均匀的薄膜，提高了电池的制作成本；第二类方法是金属预制层后硒化法，即先在衬底上按配比沉积Cu、In、Ga层，再在Se气氛中Se化，形成满足配比要求的CuIrvxGaxSe2多晶薄膜，或用硫替代硒，进行硫化反应或先硒后硫分步法的化学热处理，形成CuIrvxGaxS2或CuIrvxGaxSeyxS2薄膜。第二类方法由于其利于产业化等优点而受到广泛关注，其中尤其以溅射后硒化方法应用最广泛，其技术特点为采用单质或合金靶材溅射金属预制膜Cu-In-Ga，而后采用硒化氢或固态硒源硒化，由于硒化氢剧毒而采用固态硒源则制备的吸收层薄膜的成分不易控制，使得制备的吸收层薄膜的性能低，造成制备的薄膜太阳电池性能低。
技术实现思路
本专利技术为解决
技术介绍
中存在的技术问题而提供吸收层性能高，有利于提高薄膜太阳电池性能，并且制备过程简便、过程可控、工艺重复性好的。本专利技术采取的技术方案是，以玻璃、柔性金属或聚酰亚胺膜作为衬底，包括在衬底上依次制备底电极、吸收层、缓冲层、窗口层和上电极，其特点是所述吸收层包括以下制备步骤⑴采用CuIrvxGaxSe2化合物靶材，通过射频磁控溅射法，在衬底的底电极上制备CuIrvxGaxSe2层，⑵对⑴中制有CuIrvxGaxSe2层的衬底进行退火处理，底电极上得到CuIrvxGaxSe2化合物半导体薄膜作为吸收层。本专利技术还可以采用如下技术方案所述的射频磁控溅射法包括将制有底电极的衬底置入真空溅射设备，对设备抽真空为〈3X10_3Pa、温度达到200-500° C时，通入Ar气，将黄铜矿相的CuIrvxGaxSe2(X = O. 2-0. 4)化合物靶材在I. 0-5. Off/cm2的靶功率密度下对底电极进行射频磁控溅射，底电极上得到厚度为O. 7-2. 5微米的CuIrvxGaxSe2层；所述退火处理包括将制有CuIn1^xGaxSe2层的衬底置入真空退火炉中，衬底在真空或Ar气氛中以20-50° C/min的速度升温至350-590° C，保持温度5-30min，自然降温至室温后，制得的晶粒微小至微米级的CuIrvxGaxSe2 吸收层。在制备CdS缓冲层之前，先采用直流磁控溅射法在吸收层上制备厚度10-30微米的In2S3薄膜作为过渡层，然后采用化学浴法在过渡层上制备CdS缓冲层；靠近缓冲层的部位得到 CuIrvxGaxSe2ISy 薄膜(其中X = O. 2-0. 4, y = 0-2)。·所述柔性金属为钛箔、或不锈钢箔。本专利技术具有的优点和积极效果是I、本专利技术由于采用了 CuIrvxGaxSe2化合物靶材射频磁控溅射法在底电极上制备CuIn1^xGaxSe2层，在溅射过程中即形成了 CuIrvxGaxSe2相，仅需要通过简单的热处理过程即提高了吸收层的结晶度，晶粒达到微米级，提高了吸收层的性能，有效提高了薄膜太阳电池的性能，并且相比传统的共蒸发工艺与金属预制层溅射后硒化工艺，并且大大简化了工艺过程，工艺重复性好，过程可控。2、本专利技术制备CdS缓冲层之前，采用在磁控溅射法在吸收层上制备厚度很薄的In2S3薄膜作为过渡层，在磁控溅射法制备In2S3过程中，可以将部分In和S与吸收层产生化学反应，不仅使得在靠近缓冲层部分的吸收层中In含量提高，同时可在吸收层中掺入部分的S，使得在靠近缓冲层的部分得到CuIni_xGaxSe2_ySy薄膜，有利于进一步提高电池的开路电压以及提高电池性能。具体实施例方式为能进一步了解本专利技术的
技术实现思路
、特点及功效，兹例举以下实施例，详细说明如下，在衬底上依次制备底电极、吸收层、缓冲层、窗口层和上电极；即以玻璃、钛箔、不锈钢箔或聚酰亚胺膜作为衬底；在衬底上用磁控溅射法制备双层膜或者增加金属/金属氧化物过渡层的方法制备底电极Mo ；制备吸收层步骤⑴采用CuIrvxGaxSe2化合物靶材，通过射频磁控溅射法，在衬底的底电极Mo上制备CuIrvxGaxSe2层；其中射频磁控溅射法为将制有底电极的衬底置入真空溅射设备，对设备抽真空为〈3X10_3Pa、温度达到200-500° C时，通入Ar气，将黄铜矿相的CuIn1^xGaxSe2 (X = O. 2-0. 4)化合物靶材在I. 0-5. Off/cm2的靶功率密度下对底电极进行射频磁控溅射，底电极上得到厚度为O. 7-2. 5微米的CuIrvxGaxSe2层；步骤⑵对步骤⑴中制有CuIrvxGaxSe2层的衬底进行退火处理，底电极上得到CuIrvxGaxSe2化合物半导体薄膜作为吸收层；其中退火处理为将制有CuIni_xGaxSe2层的衬底置入真空退火炉中，衬底在真空或Ar气氛中以20-50° C/min的速度升温至350-590° C，保持温度5-30min，自然降温至室温后，制得的晶粒微小至微米级的CuIn1^xGaxSe2吸收层，完成吸收层的制备；制备缓冲层在制备CdS之前，先采用直流磁控溅射法在吸收层上制备厚度10-30微米的In2S3薄膜作为过渡层，然后采用化学浴法在过渡层上制备CdS缓冲层；靠近缓冲层的部位得到一层 CuIrvxGaxSe2ISy 薄膜(其中X = 0-1, y = 0-2)；采用射频磁控溅射法在缓冲层上制备本征ZnO薄膜作为窗口层；采用直流磁控溅射法在窗口层上制备电极Al，完成本专利技术薄膜太阳电池的制备过程。 实施例I在80 μ m钛箔衬底上以直流磁控溅射法制备厚度为I μ m双层膜底电极Mo ;将制有底电极的衬底置入真空溅射设备，对设备抽真空为IPa、温度达到350° C时，通入Ar气，将Cu (In, Ga) Se2化合物靶材在2W/cm2的靶功率密度下对底电极进行射频磁控溅射，底电极上得到厚度为I. 5微米的Cu (In, Ga) Se2层；而后将沉积有底电极Mo和Cu (In, Ga) Se2层的基片放入真空退火炉中，以30° 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种薄膜太阳电池的制备方法，以玻璃、柔性金属或聚酰亚胺膜作为衬底，包括在衬底上依次制备底电极、吸收层、缓冲层、窗口层和上电极，其特征在于：所述吸收层包括以下制备步骤：⑴采用CuIn1?XGaxSe2化合物靶材，通过射频磁控溅射法，在衬底的底电极上制备CuIn1?XGaxSe2层，⑵对⑴中制有CuIn1?XGaxSe2层的衬底进行退火处理，底电极上得到CuIn1?XGaxSe2化合物半导体薄膜作为吸收层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李微，
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：