本发明专利技术公开了一种具有黄铜矿结构和高光吸收系数的ＣＩＧＳ薄膜材料及其制备方法，其特征在于，该薄膜材料具有化学式结构为ＣｕＩｎｘＧａ（１－ｘ）Ｓｅ２，其中，０．５＜Ｘ＜１。方法包括下述步骤：１）采用溶剂超声波清洗玻璃基板５－３０ｍｉｎ后，在５０－１５０℃烘干２０－６０ｍｉｎ，待用；２）将步骤１）得到的玻璃基板置于真空室内抽真空，当真空度为（１～９）×１０－４Ｐａ时，开始依次真空蒸镀Ｓｅ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｃｕ四层薄膜；３）将真空蒸镀后的玻璃基板进行热处理，于热处理温度为２００～４００℃、真空度为（１～９）×１０－４Ｐａ的环境下加热３０ｍｉｎ～２ｈ；即制得具有黄铜矿结构和高光吸收系数的ＣＩＧＳ薄膜材料。该制备方法工艺设备简单，成本低，不使用有毒的Ｈ２Ｓｅ、Ｈ２Ｓ等气体，污染小。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于薄膜材料、太阳能电池吸收层等光电领域，具体涉及一种具有黄铜矿 结构、高光吸收系数的铜铟镓硒薄膜材料及其制备方法。
技术介绍
自1975年美国贝尔实验室的科学家用切克劳斯基法生长铜铟硒(CIS)单晶并制 成电池以来，CIS薄膜太阳电池受到人们的普遍重视，发展迅速，成为国际光伏界的研究热 点。随后将Ga材料掺进CIS薄膜材料中，发现CIGS薄膜太阳能电池具有无可比拟的有优 点(I)CIGS薄膜太阳能电池的光电转化效率高，而且CIGS薄膜的光吸收系数是已知半导 体材料中最高的，达到105/cm，并且它是一种直接带隙的半导体材料，适合薄膜化，CuInSe2 中In用Ga替代，使得半导体的禁带宽度可以在1. 04-1. 65eV间变化；(2)由于CIGS薄膜太 阳能电池中的薄膜晶体结构和化学键稳定，CIGS薄膜太阳能电池尚未发现光致衰退效应， 因而其使用寿命更长；(3) CIGS可以在玻璃基板上形成缺陷少，高品质的大晶粒，且在CIGS 薄膜太阳能电池的制作过程中不存在污染性的化学物质。正是由于CIGS薄膜太阳能电池具有这些优点，使得其迅速成为人们研究的热点， 其中，CIGS薄膜太阳能电池的制备中，吸收层也就是CIGS薄膜材料的制备尤为关键，关系 着CIGS薄膜太阳能电池能否大规模生产化的问题。本专利技术旨在提供一种具有黄铜矿结构 和高光吸收系数的CIGS薄膜的制备方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种具有黄铜矿结构和高光吸收系数的CIGS薄膜的制备 方法，该制备方法工艺设备简单，成本低，不使用有毒的H2Se、H2S等气体，污染小。为实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案一种具有黄铜矿结构和高光吸收 系数的CIGS薄膜材料，其特征在于，该薄膜材料具有化学式结构为CuInxGa(1_x)Se2，其中， 0. 5 < X < 1。下面给出了该具有黄铜矿结构和高光吸收系数的CIGS薄膜材料的制备方法，该 方法包括下述步骤1)采用溶剂超声波清洗玻璃基板5-30min后，在50_150°C烘20-60min，待用；2)将步骤1)得到的玻璃基板置于真空室内抽真空，当真空度为(1 9) X ICT4Pa 时，开始依次真空蒸镀Se、In、Ga、Cu四层薄膜；3)将真空蒸镀后的玻璃基板进行热处理，于热处理温度为200 400°C、真空度为 (1 9) X10_4Pa的环境下加热30min 2h ；即制得具有黄铜矿结构和高光吸收系数的CIGS 薄膜材料。所述清洗溶剂为甲苯、乙醇、丙酮或蒸馏水。所述依次真空蒸镀Se、In、Ga、Cu四层薄膜的顺序为自玻璃基板面至上依次蒸镀Se、In、Ga、Cu四种材料。所述Se的蒸发电流为2 4A，蒸发电压为1 3V，蒸发速率为0. 05 0. 5nm/S, 蒸镀厚度为50 lOOnm。所述In的蒸发电流为10 15A，蒸发电压为3. 5 5V，蒸发速率为0. 05 0. 5nm/ S，蒸镀厚度为20 40nm。所述Ga的蒸发电流为12 16A，蒸发电压为4 6V，蒸发速率为0. 05 0. 5nm/ S，蒸镀厚度为10 25nm。所述Cu的蒸发电流为16 20A，蒸发电压为5 9V，蒸发速率为0. 05 0. 5nm/ S，蒸镀厚度为30 65nm。本专利技术对镀膜所用的材料为限定为Cu的纯度为99. 95%，In的纯度为99. 999%, Ga的纯度为99. 999%, Se的纯度为99. 95% ；专利技术制备的CIGS薄膜材料总厚度为100 200nm。本专利技术由于采取了在真空环境下依次蒸镀四层薄膜材料的方法，并在真空环境下 进行热处理，制得CIGS薄膜材料的厚度有具体的限定，这样得到的CIGS薄膜材料既具有黄 铜矿结构，并且具有高光吸收系数，能够在CIGS薄膜太阳能电池中得到广泛的应用。附图说明图1为本专利技术材料在热处理之前的结构示意图。图1所示的热处理之前CIGS薄膜材料包括5为玻璃基板，4为硒层薄膜，3为铟 层薄膜，2为镓层薄膜，1为铜层薄膜。具体实施例方式下面通过具体实施例对本专利技术做进一步说明。实施例1该具有黄铜矿结构和高光吸收系数的CIGS薄膜材料的制备方法，该方法包括下 述步骤1)采用乙醇溶剂超声波清洗玻璃基板5min后，在100°C烘干30min，待用；2)将步骤1)得到的玻璃基板置于真空室内抽真空，当真空度为IXlO-4Pa时，开 始自玻璃基板面至上依次真空蒸镀Se、In、Ga、Cu四层薄膜；蒸镀的具体工艺参数为Se的蒸发电流为2A，蒸发电压为IV，蒸发速率为0. 05nm/S，蒸镀厚度为50nm ；In的蒸发电流为10A，蒸发电压为3. 5V，蒸发速率为0. 05nm/S，蒸镀厚度为20nm ；Ga的蒸发电流为12A，蒸发电压为4V，蒸发速率为0. 05nm/S，蒸镀厚度为IOnm ；Cu的蒸发电流为16A，蒸发电压为5V，蒸发速率为0. 05nm/S，蒸镀厚度为30nm ；并且，对镀膜所用的材料为限定为Cu的纯度为99. 95%, In的纯度为99. 999%, Ga的纯度为99. 999%, Se的纯度为99. 95%;制备的CIGS薄膜材料总厚度为110 2IOnm ；3)将真空蒸镀后的玻璃基板进行热处理，于热处理温度为200°C、真空度为 1 X IO-4Pa的环境下加热30min ；即制得具有黄铜矿结构和高光吸收系数的CIGS薄膜材料。实施例2该具有黄铜矿结构和高光吸收系数的CIGS薄膜材料的制备方法，该方法包括下述步骤1)采用丙酮溶剂超声波清洗玻璃基板20min后，在120°C烘干60min，待用；2)将步骤1)得到的玻璃基板置于真空室内抽真空，当真空度为6X10_4Pa时，开 始依次真空蒸镀Se、In、Ga、Cu四层薄膜；蒸镀的具体工艺参数为Se的蒸发电流为3A，蒸发电压为2V，蒸发速率为0. 2nm/S，蒸镀厚度为IOOnm ；In的蒸发电流为12A，蒸发电压为4V，蒸发速率为0. 2nm/S，蒸镀厚度为40nm ；Ga的蒸发电流为14A，蒸发电压为5V，蒸发速率为0. 2nm/S，蒸镀厚度为20nm ；Cu的蒸发电流为18A，蒸发电压为7V，蒸发速率为0. 2nm/S，蒸镀厚度为50nm ；并且，对镀膜所用的材料为限定为Cu的纯度为99. 95%, In的纯度为99. 999%, Ga的纯度为99. 999%, Se的纯度为99. 95%;制备的CIGS薄膜材料总厚度为110 2IOnm ；3)将真空蒸镀后的玻璃基板进行热处理，于热处理温度为300°C、真空度为 6X KT4Pa的环境下加热Ih ；即制得具有黄铜矿结构和高光吸收系数的CIGS薄膜材料。实施例3该具有黄铜矿结构和高光吸收系数的CIGS薄膜材料的制备方法，该方法包括下 述步骤1)采用甲苯溶剂超声波清洗玻璃基板30min后，在50°C烘干40min，待用；2)将步骤1)得到的玻璃基板置于真空室内抽真空，当真空度为9X10_4Pa时，开 始自玻璃基板面至上依次真空蒸镀Se、In、Ga、Cu四层薄膜；蒸镀的具体工艺参数为Se的蒸发电流为4A，蒸发电压为3V，蒸发速率为0. 5nm/S，蒸镀厚度为SOnm ；In的蒸发电流为15A，蒸发电压为5V，蒸发速率为0. 5nm/S，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种具有黄铜矿结构和高光吸收系数的ＣＩＧＳ薄膜材料，其特征在于，该薄膜材料具有化学式结构为ＣｕＩｎ↓［ｘ］Ｇａ↓［（１－ｘ）］Ｓｅ↓［２］，其中，０．５＜Ｘ＜１。
【技术特征摘要】
一种具有黄铜矿结构和高光吸收系数的CIGS薄膜材料，其特征在于，该薄膜材料具有化学式结构为CuInxGa(1 x)Se2，其中，0.5＜X＜1。2.一种具有黄铜矿结构和高光吸收系数的CIGS薄膜材料的制备方法，其特征在于，该 方法包括下述步骤1)采用溶剂超声波清洗玻璃基板5-30min后，在50-150°C烘干20-60min，待用；2)将步骤1)得到的玻璃基板置于真空室内抽真空，当真空度为(1 9)X IO-4Pa时， 开始依次真空蒸镀Se、In、Ga、Cu四层薄膜；3)将真空蒸镀后的玻璃基板进行热处理，于热处理温度为200 400°C、真空度为 (1 9) X10_4Pa的环境下加热30min 2h ；即制得具有黄铜矿结构和高光吸收系数的CIGS 薄膜材料。3.如权利要求2所述的一种具有黄铜矿结构和高光吸收系数的CIGS薄膜材料的制备 方法，其特征在于，所述清洗溶剂为甲苯、乙醇、丙酮或蒸馏水。4.如权利要求2所述的一种黄铜矿结构和具有高光吸收系数的铜铟镓硒薄膜的制备 方法，其特征在于，所述依次真空蒸镀Se、In、Ga、Cu四层薄膜的顺序为自玻璃基板面至上 依次蒸镀Se、In、Ga、Cu四种材料。5.如权...
【专利技术属性】
技术研发人员：张麦丽，蒋继文，张方辉，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：87[]
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