本文提供了一种铜铟镓硒太阳能电池的制备方法。其步骤包括获取沉积第一电极膜的基板；在基板上形成一混合前驱体层，这种前驱体是由产物理想量比的IB族、ⅢA族和ⅣA族元素组成；在混合前驱体层上沉积一层含有钠盐的覆盖顶层；前驱体层与钠盐的覆盖顶层一起经过加热退火形成高质量IB-IIIA-VIA半导体吸收层。钠盐的覆盖顶层的加入一方面可防止金属元素及硒元素的流失，阻止有害不纯物质污染；另一方面可进一步完善多晶薄膜IB-ⅢA-ⅣA半导体吸收层结构，可应用于大面积光伏生产中的IB-IIIA-VIA半导体吸收层。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本文提供了一种。其步骤包括获取沉积第一电极膜的基板；在基板上形成一混合前驱体层，这种前驱体是由产物理想量比的IB族、ⅢA族和ⅣA族元素组成；在混合前驱体层上沉积一层含有钠盐的覆盖顶层；前驱体层与钠盐的覆盖顶层一起经过加热退火形成高质量IB-IIIA-VIA半导体吸收层。钠盐的覆盖顶层的加入一方面可防止金属元素及硒元素的流失，阻止有害不纯物质污染；另一方面可进一步完善多晶薄膜IB-ⅢA-ⅣA半导体吸收层结构，可应用于大面积光伏生产中的IB-IIIA-VIA半导体吸收层。【专利说明】铜铟镓砸太阳能电池的制备方法
本专利技术涉及半导体器件领域，尤其是涉及一种IB-1IIA-VI族半导体化合物太阳能电池的制备方法，可用于薄膜光伏器件或太阳能电池吸收层的制造工艺。
技术介绍
铜铟二硒化物及其镓和硫取代的衍生物是属于直接帯隙半导体材料，简写为CuInxGahSe2S2_Y (其中O≤x≤1，0≤y≤2)或者CIS, CIGSe或者CIGSeS0这类化合物是属于IB-1IIA-VIA族材料，因其具有良好的光电性能，稳定性能和高的能量转换效率而被广泛应用于薄膜太阳能电池领域。另外，因其具有高于其他光伏电池材料的光吸收系数的缘故，CIGS电池吸收层可以做到低于2.5Mffl的厚度。铜铟二硒化物及其镓和硫取代的衍生物为黄铜矿材料，是一种四面体结构键合的材料。通过调节X值，可以得到带隙约l.0ev的铜铟硒和1.7ev的(CuGaSe2)铜镓硒化合物；通过调节y值，可以得到帯隙约1.45 eV的二硫化铜铟CuInS2和帯隙2.38ev铜镓二硫化合物CuGaS2。自从Wagner在1973年开发出12%效率的单晶CuInSe2薄膜电池后，学者们已经在这个领域取得了长足的进步。迄今CIGS的最高效率已经达到了 20.5%,接近于晶娃电池的效率(参考文献:http://en.wikipedia.0rg/wiki/Copper_indium_gallium_selenide_solar_cells)。通常，CIGS 薄膜太阳能电池结构是由基板(玻璃或者柔性金属箔或者聚合物)、背电极(钥层)、1_3 μ m的P-型CIGS吸收层、η-型缓冲层(如CdS)和透明的顶电极(ΙΤ0或掺杂ZnO层)组成。由于是多层结构的原因，各层尤其是吸收层对器件的质量有重要的影响。最近研究表明:无论CIGS吸收层如何制备，所有高性能CIGS太阳能电池的半导体吸收层都具有一定共性(文献:M.A.Contreras等，Thin Solid Films511-512(2006)51-54))。首先，它们都呈多晶α相。第二个特点就是金属整体上呈现贫铜，最佳匹配是Cu/(In+Ga)=0.88-0.95。贫铜导致空穴载流子数量的递增。贫铜结构也是电子的良好接受体。CIS (CuInSe2)和CGS (CuGaSe2)的合金增加了帯隙。对于一个单结电池来说，为了达到最佳的能带宽隙(1.5ev),Ga/(In+Ga)的比例是0.7。然而，当比例超过0.3以上时，电池的性能却会下降。目前，行业的目标是将比值控制在0.3左右，使其帯隙控制在 1.1-1.2ev 之间。通常来讲，制作CIGS太阳能电池吸收层的方式有两种。一种就是目前应用的最成熟的共蒸发法，这种方法就是将各种蒸发源的成分连续沉积在一个加热的背电极基板上，如镀钥的钠钙玻璃。共蒸法的优点是可以直接形成半导体化合物，这已经由Chen等人证实(US 5141564)，同时很多科研机构也有类似报道。通过这种方法所制作的高性能的CIGS电池的吸收层多晶粒径可达2 μ m,能量转换效率可达20.5%。另外一种方法是包括前制体与硒化的两步法。首先前驱体是由Cu，In, Ga通过蒸镀或磁控溅射在未加热的基板背电极上，随后由H2Se或Se在连续升温下(420_550°C)硒化而得到最终黄铜矿化合物半导体层。这种硒化工艺在文献 Ermer:U.S.4798，660、Pollock:U.S.Pat.N0.4，915，745 和Eberspacher:U.S.5045409中都有详细的阐述。鉴于H2Se的强毒性，这种预制体与硒化的两步工艺被优化为首先在CuInGa的前驱体中加入Se元素形成非晶无定型的IB-1IIA-VI混合物层，然后在420-550°C温度间进行短暂的退火形成目标黄铜矿半导体(US:6518086，M.E.Beck and R.Noufi)。通过共蒸法直接形成CIGS吸收层的制作工艺普遍存在源和基板都需要加热到高温的问题(基板需要在300-560°C下加热超过25min，蒸发源需要在200至2000度下加热)。尽管能耗问题在实验室和科研机构能够接受，但是难以适合于低成本工业化生产。另外，同一时间既要精确控制各金属源温度，又要反复控制2-3次富铜、贫铜的热蒸发工艺在工业化生产上重现性也难以保证。为解决这一问题，大部分的间接“两步法”工艺通过先在未加热的背电极基板上沉积Cu，In，Ga等元素，然后通过热处理硒化退火。然而，两步法工艺也有不足之处，如使用有毒的H2Se,沉积膜与Mo基板较差的粘接性问题(力口热过程中Mo基板的热膨胀系数与吸收层不匹配)。另外，通过添加Se元素到IB-1IIA金属层的方法往往会导致空洞和多晶粒子的产生，以致所形成的CIGS膜层质量下降。虽然这种问题能够在一定程度上通过添加过量的Se和增加Se化压力的手段避免，但仍然存在着浪费原料和过于频繁清洁Se粉堆积的问题。到目前为止，CIS电池相比于多晶硅电池来说仍然存在着价格过高的问题。一般来讲，太阳能电池都是沉积在钠钙玻璃上，不可避免的是相当一部分钠金属离子通过Mo基板膜接触扩散到吸收层中。这种钠离子已经被证明会增加CIGS粒径，产生钝化的晶界效应，从而增加CIGS中的受主浓度(M.Bodeg Cu (In, Ga) Se2 thin films bycoevaporation using alkaline Thin Solid Films, vol.361-362， pp.9 16, 2000)。所有的这些都有助于增加太阳能电池的转换效率，理想的钠含量应大概在0.1%左右。通常钠离子是由钠钙玻璃扩散进去，但有些工艺也经常用到柔性的金属箔和耐热聚合物薄膜，这样就需要另外添加钠离子。钠离子扩散的量依赖于所受加热历史。工业上为了防止不确定性，通常在钠钙玻璃表面上使用钠阻挡层以达到更好的控制钠含量来实现重现性(USP:20080271781)。当使用了钠阻挡层后，就需额外掺入钠离子。Rudmann等人(Thin SolidFilm, 32 (2003)37)通过在CIGS背电极钥表面上添加NaF或NaSe的方式来增加Na的含量，其中掺杂量可以由NaF或NaSe的厚度所控制。尽管如此，钠盐层的加入使得Mo背电极层和CIGS层的粘接性变差和肖特基势垒变大，使电池性能下降。Yun 等人(Yun et al., Thin Solid Film 515 (2007) 5826-5879)采用直流磁控溅射Na-Mo靶材的方式得到了含钠的Mo层。通过这种方式不但提高了电池效率而且改善了Mo层和CIGS层的粘接性。然而，这种方式也有局限性本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种制作薄膜太阳能电池的方法与步骤，其特征包含：获取沉积一导电电极膜基板；在室温或者低温（<180oC）条件下，在基板电极膜上形成一混合前驱体覆盖层，所述前驱体是由产物理想量比的IB族、ⅢA族和ⅣA族元素组成；在混合前驱体覆盖层上沉积一钠盐覆盖顶层，所述钠盐覆盖顶层厚度为5?200纳米；在无氧气氛下加热到320?600?oC退火反应，形成良好晶型的IB?IIIA?VIA半导体吸收层。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李晓常，
申请(专利权)人：江西冠能光电材料有限公司，
类型：发明
国别省市：
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