【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于太阳能电池，具体公开一种具有“u”型梯度带隙结构的cigs吸收层的制备装置及制备方法。
技术介绍
1、cigs太阳能电池由cu(铜)、in(铟)、ga(镓)、se(硒)四种元素构成的黄铜矿结晶薄膜太阳能电池，具有光吸收能力强、发电稳定性好、转化效率高等优点，被认为是最有前途的薄膜太阳能电池。其电池结构主要由钠钙玻璃/背电极层/吸收层/缓冲层/窗口层/透明导电层构成。目前工业化、大规模生产主要采用溅射后硒化方法，在制备cigs吸收层时，一般都需要进行高温快速热处理，耗能高、成本大，最重要的是由于反应过程中ga原子向下迁移，致使更多的ga聚集在吸收层背面，导致膜层原子分布不均匀，严重影响电池各项性能参数。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于解决现有技术的不足，提供一种具有“u”型梯度带隙结构的cigs吸收层的制备装置及制备方法，该方法使吸收层表面s含量增多，同时ga在整个蒸发过程中形成“u”字型梯度带隙，有效提高了光生载流子的收集能力，大大增加了电池的转换效率。
2、为解决上述技术问题，本专利技术提供一种具有“u”型梯度带隙结构的cigs吸收层的制备装置，包括：
3、连续设置的溅射腔、蒸发腔、硫化腔和冷却腔，溅射腔内设铜镓溅射靶和铟溅射靶，蒸发腔内设硒蒸发喷嘴和人工闪电发生器，冷却腔内设降温风扇，所述的溅射腔至少包括第一溅射腔、第二溅射腔和第三溅射腔，所述的蒸发腔至少包括第一蒸发腔、第二蒸发腔和第三蒸发腔，第一溅射腔、第一蒸发腔、第二溅射腔、第
4、传输系统，设置在溅射腔、蒸发腔、硫化腔及降温腔内，用于传输基片；
5、真空系统，与溅射腔、蒸发腔、硫化腔及降温腔相通，用于提供真空；
6、腔体加热电阻丝，设置在蒸发腔和硫化腔内，用于为蒸发腔和硫化腔加热；
7、se蒸发源，通过连通管道与硒蒸发喷嘴连通；
8、溅射气体进气系统，与溅射腔相通，用于向溅射腔充入溅射气体；
9、h2se/h2s进气系统，与硫化腔相通。
10、作为本专利技术的进一步描述，还包括温控系统，所述的温控系统设置在蒸发腔和冷却腔中，用于进行精确温度控制。
11、作为本专利技术的进一步描述，所述的溅射腔的入口处设入腔门，降温腔的出口处设出腔门，溅射腔与蒸发腔之间、蒸发腔与硫化腔之间及硫化腔与降温腔之间都设有隔离门。
12、作为本专利技术的进一步描述，所述se蒸发源内设有蒸发源加热电阻丝。
13、作为本专利技术的进一步描述，所述的连通管道上设有控制阀。
14、作为本专利技术的进一步描述，所述的连通管道上设有管道加热装置，维持se活性的作用，防止材料粘黏到管道壁上。
15、为解决上述技术问题，本专利技术还提供了一种具有“u”型梯度带隙结构的cigs吸收层的制备方法，包括以下步骤：
16、(1)开启真空系统，将溅射腔、蒸发腔、硫化腔及降温腔抽真空，真空度达到3.0×10-6mbar；开启腔体加热电阻丝，将各蒸发腔内温度加热至360～380℃；打开溅射气体进气系统，向所有溅射腔充入溅射气体，使所有溅射腔真空度都为3.0×10-3mbar；
17、(2)将基板依次传输至各溅射腔和各蒸发腔，在溅射腔采用直流磁控溅射沉积cu、in、ga三种元素，在蒸发腔热蒸发镀se，形成多层子预制层，并采用人工闪电对子各预制层进行固化处理，形成多层子吸收层；
18、(3)传输至硫化腔，控制硫化腔温度在380～420℃，开启h2se/h2s进气系统，对吸收层表面进行退火和硫化处理，处理时长0.5～1min；硫化处理的作用是在消除吸收层表面cu-se相的同时，使吸收层表面s含量更多，同时ga在整个工艺过程中形成“u”字型梯度带隙，有效提高了光生载流子的收集能力，大大增加了电池的转换效率；
19、(4)传输至冷却腔，开启降温风扇进行快速冷却，最终形成具有“u”型梯度带隙结构，且表面经过硫化处理的cigs吸收层。
20、作为本专利技术的进一步描述，步骤(2)所述的子预制层包括第一子预制层、第二子预制层和第三子预制层，第一子预制层在第一溅射腔和第一蒸发腔内形成，第一子预制层人工闪电固化形成高含镓量的第一子吸收层，第二子预制层在第二溅射腔和第二蒸发腔内形成，第二预制层人工闪电固化形成低含镓量的第二子吸收层，第三子预制层在第三溅射腔和第三蒸发腔内形成，第三预制层人工闪电固化形成高含镓量的第三子吸收层，以上子吸收层可以进行多次重复叠加。
21、作为本专利技术的进一步描述，步骤(1)所述的溅射气体为氩气。
22、本专利技术的方法采用具有“u”型梯度带隙结构的cigs吸收层的制备装置，按照一定的工艺流程沉积多个cu、in、ga、se子预制层，首先沉积第一子预制层，第一子预制层中ga/(in+ga)范围为0.35～0.40，cu/(in+ga)范围为0.94～0.95，沉积完成后使用人工闪电对其进行固化处理；再沉积第二子预制层，第二子预制层中ga/(in+ga)范围为0.25～0.3，cu/(in+ga)范围为0.95～0.98，沉积完成后使用人工闪电对其进行固化处理；然后沉积第三子预制层，第三子预制层中ga/(in+ga)范围为0.35～0.40，cu/(in+ga)范围为0.94～0.95，沉积完成后使用人工闪电对其进行固化处理；可以沉积更细更多的子预制层并固化处理；最后在硫化腔内通入h2s或h2se，对吸收层进行表面硫化处理，确保吸收层中ga呈“u”字型分布的同时，又使表面硫化程度得到了提高，以上子吸收层不限制三层，可以是大于等于三层的任何结构，蒸发源系统和工艺腔结合部采用电阻丝加热，确保蒸发原子的活性不减退。
23、本专利技术的方法在多个真空腔内分别形成多个含有cu、in、ga、se四种元素的子预制层，每个子预制层中ga含量分别控制，每沉积一层子预制层就使用人工闪电进行一次固化处理，让其形成ga含量可控的子吸收层，这样经过多次沉积和多次闪电处理就可以形成具有“u”字型梯度带隙的高效cigs太阳能电池，增强了电子传输，提高了开路电压及填充因子，从而提高了cigs电池的光电转化效率，此外，本专利技术不需要长时间高温处理，可节约大量能源，同时也利于在低温衬底如柔性聚酰亚胺(pi)衬底上应用，而且本方法为物理法，工艺稳定、过程可控无污染。
24、综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：
25、(1)通过将原有吸收层分成若干子吸收层，再对每层采用人工闪电的方式分别进行反应，可以设计ga在吸收层中的分布，形成两边高中间低的“u”字型梯度带隙，可以大大提高太阳能电池的光谱响应，显著提升电池功率，可应用到低温柔性衬底，实现了低温、高效的目标；
26、(2)用人工闪电取代高温后硒化处理，可以大大节约能源成本，大大降低电池生产成本；在反应最后阶段引入s元素，使薄膜表面s含量升高，有效提高了光生载流子的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种具有“U”型梯度带隙结构的CIGS吸收层的制备装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的具有“U”型梯度带隙结构的CIGS吸收层的制备装置，其特征在于：还包括温控系统，所述的温控系统设置在蒸发腔和冷却腔中。
3.根据权利要求1所述的具有“U”型梯度带隙结构的CIGS吸收层的制备装置，其特征在于：所述的溅射腔的入口处设入腔门，降温腔的出口处设出腔门，溅射腔与蒸发腔之间、蒸发腔与硫化腔之间以及硫化腔与降温腔之间都设有隔离门。
4.根据权利要求1所述的具有“U”型梯度带隙结构的CIGS吸收层的制备装置，其特征在于：所述Se蒸发源内设有蒸发源加热电阻丝。
5.根据权利要求1所述的具有“U”型梯度带隙结构的CIGS吸收层的制备装置，其特征在于：所述的连通管道上设有控制阀。
6.根据权利要求5所述的具有“U”型梯度带隙结构的CIGS吸收层的制备装置，其特征在于：所述的连通管道上设有管道加热装置。
7.一种具有“U”型梯度带隙结构的CIGS吸收层的制备方法，其特征在于，利用权利要求1—6中任一项所述的装置，
8.根据权利要求7所述的具有“U”型梯度带隙结构的CIGS吸收层的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述的子预制层包括第一子预制层、第二子预制层和第三子预制层，第一子预制层在第一溅射腔和第一蒸发腔内形成，第一子预制层人工闪电固化形成高含镓量的第一子吸收层，第二子预制层在第二溅射腔和第二蒸发腔内形成，第二预制层人工闪电固化形成低含镓量的第二子吸收层，第三子预制层在第三溅射腔和第三蒸发腔内形成，第三预制层人工闪电固化形成高含镓量的第三子吸收层。
9.根据权利要求7或8所述的具有“U”型梯度带隙结构的CIGS吸收层的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述的溅射气体为氩气。
...【技术特征摘要】
1.一种具有“u”型梯度带隙结构的cigs吸收层的制备装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的具有“u”型梯度带隙结构的cigs吸收层的制备装置，其特征在于：还包括温控系统，所述的温控系统设置在蒸发腔和冷却腔中。
3.根据权利要求1所述的具有“u”型梯度带隙结构的cigs吸收层的制备装置，其特征在于：所述的溅射腔的入口处设入腔门，降温腔的出口处设出腔门，溅射腔与蒸发腔之间、蒸发腔与硫化腔之间以及硫化腔与降温腔之间都设有隔离门。
4.根据权利要求1所述的具有“u”型梯度带隙结构的cigs吸收层的制备装置，其特征在于：所述se蒸发源内设有蒸发源加热电阻丝。
5.根据权利要求1所述的具有“u”型梯度带隙结构的cigs吸收层的制备装置，其特征在于：所述的连通管道上设有控制阀。
6.根据权利要求5所述的具有“u”型梯度带隙结构的ci...
【专利技术属性】
技术研发人员：蒋继文，王云飞，张宽翔，王昌华，吴忠宪，陈科宇，陈晨，吴友强，徐学东，王雨婷，朱登华，
申请(专利权)人：凯盛光伏材料有限公司，
类型：发明
国别省市：
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