一种铜铟镓硒薄膜的制造工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种铜铟镓硒薄膜的制造工艺，为三步法，包括：在200~400℃条件下，用30~100mA的电流在基底上蒸镀上第一层薄膜，主要成分为铟镓硒和少量的铜，形成贫铜富铟镓区域；在300~600℃的条件下，用80~150mA的电流蒸镀上第二层薄膜，主要成分为铜铟镓硒，形成富铜区域；在300~600℃的条件下，用20~150mA电流的蒸镀上第三层薄膜，主要成分为镓铟硒和少量的铜，再形成一层贫铜区域，以确保薄膜整体贫铜结构。本发明专利技术为单源三步蒸镀法制备铜铟镓硒太阳能电池。通过使用装有加热基板的电子束蒸发仪和Cu2InxGa1-xSe2粉体作为单源，通过改变电流大小，实现贫铜的高效率薄膜结构。除了贫铜外，该薄膜还具有吸收层内连结构，大尺寸颗粒界面以及梯度结构。这种结构保证了所制备的电池高效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及太阳能电池
，尤其涉及一种铜铟镓硒薄膜的制造工艺。
技术介绍
铜铟镓硒太阳能电池通常包含一层刚性的玻璃底板或是柔性的不锈钢，同时含有钥层，P-型铜铟镓硒吸收层，硫化镉或硫化锌缓冲层，本征氧化锌、透明导电氧化物窗口层(TCO)和表面接触层。铜铟镓硒薄膜是CIGS太阳能电池生产的核心。目前铜铟镓硒太阳能电池的制造方法大体上可被分为真空法和非真空法。真空法主要包括共蒸镀法和溅射加后硒化处理方法。共蒸镀法:在实验室和商业应用中都是一种常见的沉积方法。共蒸镀法使用多个蒸发源来制造铜铟镓硒吸收层。共蒸镀法可以很好的控制工艺参数和调节薄膜组成结构及带隙。然而，共蒸镀法的均匀度在大规模生产时仍面临一些问题。同时，如何精确控制各个蒸发源也是共蒸镀法需要解决的一大难题。溅射及后硒化处理法:是目前铜铟镓硒吸收层研究很常用的技术。它包括溅射和硒化等工艺过程。该方法以铜铟镓靶材或铜/铟/镓靶材为原料，使用共溅射或者连续溅射的方法将合金沉积形成无定形薄膜；之后再将薄膜在硒化氢或者硒的环境里进行硒化，最终形成P-型吸收层。最后的硒化步骤有一定的环境隐患，因为硒化氢气体具有毒性，同时该方法需要高温,这也增加了工艺成本。非真空法:包括印刷、电化学镀膜法，旋转涂布法等。目前在非真空所有方法中，美国的Nanosolar公司用非真空印刷方法取得的CIGS电池效率较高。
技术实现思路
`专利技术目的:针对现有技术中存在的不足，本专利技术的目的是提供一种铜铟镓硒薄膜的制造工艺，使其具有简单环保，经济实效等优点。技术方案:为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案如下: 一种铜铟镓硒薄膜的制造工艺，为三步法，包括以下步骤: (1)在20(T400°C条件下，用3(Tl00mA的电流在基底上蒸镀上第一层薄膜，形成贫铜富铟镓区域(主要成分为铟镓硒和少量的铜); (2)在30(T600°C的条件下，用8(Tl50mA的电流蒸镀上第二层薄膜，形成富铜区域(主要成分为铜铟镓硒); (3)在30(T600°C的条件下，用2(Tl50mA电流的蒸镀上第三层薄膜，再形成一层贫铜区域(主要成分为镓铟硒和少量的铜)，以确保薄膜整体贫铜结构； 其中，所用的单源为Cu2InxGahSe2粉体，设备为装有加热基板的电子束蒸发仪，恒定电压为7KV。在所述基底上预先用蒸发方法或溅射方法镀上一层厚度200纳米到1.5微米的金属钥，钥层的电阻率为0.2到5欧姆厘米。用化学盆沉积法或原子沉积法在铜铟镓硒吸收层上镀上一层厚度为40纳米到250纳米的硫化镉或硫化锌过渡层，在温度15(T250°C退火f 5min;然后，用溅射仪或原子层沉积机镀上本征氧化锌和铝氧化锌透明电极，之后，蒸发镀电极。铜铟镓硒薄膜沉积在2飞毫米的钠钙玻璃上或不锈钢薄片上或铝箔片上或塑料片上。 在本专利技术中，(I)整个铜铟镓硒吸收层由纳米P-η结构成，因此电子和空穴重组形成光子的机率变小而电池效率将会得到提高。(2)三步法形成梯度结构，产生后背场，减少电子和空穴重组机率，从而提高太阳能电池的效率。(3)由于单源粉体中硒的含量丰富，在整个步骤中，所镀的薄膜从头到尾都处于硒化的氛围中。不需要进行后硒化处理，节省了热能，缩短了生产时间，保护了环境。有益效果:与现有技术相比，本专利技术为单源三步蒸镀法制备铜铟镓硒太阳能电池。通过使用装有加热基板的电子束蒸发仪和Cu2InxGahSe2粉体作为单源，通过改变电流大小，实现贫铜的高效率薄膜结构。除了贫铜外，该薄膜还具有吸收层内连结构，大尺寸颗粒界面以及梯度结构。这种结构保证了所制备的电池高效率。具体实施例方式下面结合具体实施例对本专利技术作更进一步的说明。实施例1 本专利技术采用的是一种全新的铜铟镓硒薄膜制造工艺。单源三步蒸镀法形成了梯度结构和吸收层内连结结构。通过改变电流大小、基底温度来实现高效率电池核心层的沉积。铜铟镓硒薄膜沉积在2毫米到6毫米的钠钙玻璃上或不锈钢薄片，或铝箔片上，或塑料片上(聚酰亚胺，聚对苯二甲酸类塑料等) 。所有的基底上都事先用蒸发方法或溅射方法镀上一层厚度200纳米到1.5微米的金属钥，钥层的电阻率为0.2飞欧姆厘米。用化学盆沉积法(CBD)或原子沉积法(ALD)在铜铟镓硒吸收层上镀上一层厚度为40纳米到250纳米的硫化镉或硫化锌过渡层，在温度15(T250°C退火I飞min。然后，用溅射仪或原子层沉积机镀上本征氧化锌和铝氧化锌透明电极，之后，蒸发镀电极。本专利技术的铜铟镓硒薄膜制造工艺，所用的单源为Cu2InxGahSe2粉体，主要设备为装有加热基板的电子束蒸发仪，恒定电压为7KV。具体分为三步骤: 步骤1:在20(T400°C条件下，用3(Tl00mA的电流在基底上蒸镀上第一层薄膜，其主要成分为铟镓硒和少量的铜，形成贫铜富铟镓区域； 步骤2:在30(T600°C的条件下，用8(Tl50mA的电流蒸镀上第二层薄膜，其主要成分为铜铟镓硒，形成富铜区域； 步骤3:在30(T600°C的条件下，用2(Tl50mA电流的蒸镀上第三层薄膜，其主要成分为镓铟硒和少量的铜，再形成一层贫铜区域，以确保薄膜整体贫铜结构。对产品检测，形成了梯度结构，也说明该工艺是共蒸镀法可以获得高效率铜铟镓硒太阳能电池的关键因素。在本专利技术中，(I)整个铜铟镓硒吸收层由纳米P-η结构成，因此电子和空穴重组形成光子的机率变小而电池效率将会得到提高。(2)三步法形成梯度结构，产生后背场，减少电子和空穴重组机率，从而提高太阳能电池的效率。(3)由于单源粉体中硒的含量丰富，在整个步骤中，所镀的薄膜从头到尾都处于硒化的氛围中。不需要进行后硒化处理，节省了热能，缩短了生产时间，保护了环境。本专利技术为单源三步蒸镀法制备铜铟镓硒太阳能电池。通过使用装有加热基板的电子束蒸发仪和Cu2InxGahSe2粉体作为单源，通过改变电流大小，实现贫铜的高效率薄膜结构。除了贫铜外，该薄膜还具有吸收层内连结构，大尺寸颗粒界面以及梯度结构。这种结构保证了所制备的电池 高效率。权利要求1.一种铜铟镓硒薄膜的制造工艺，其特征在于，为三步法，包括以下步骤: (1)在200~400°C条件下，用30~l00mA的电流在基底上蒸镀上第一层薄膜，形成贫铜富铟镓区域； (2)在300~600°C的条件下，用80~l50mA的电流蒸镀上第二层薄膜，形成富铜区域； (3)在300~600°C的条件下，用20~l50mA电流的蒸镀上第三层薄膜，再形成一层贫铜区域，以确保薄膜整体贫铜结构； 其中，所用的单源为Cu2InxGahSe2粉体，设备为装有加热基板的电子束蒸发仪，恒定电压为7KV。2.根据权利要求1所述的制备铜铟镓硒墨水的方法，其特征在于:在所述基底上预先用蒸发方法或溅射方法镀上一层厚度200纳米到1.5微米的金属钥，钥层的电阻率为0.2到5欧姆厘米。3.根据权利要求1所述的制备铜铟镓硒墨水的方法，其特征在于:用化学盆沉积法或原子沉积法在铜铟镓硒/铜锌锡硒吸收层上镀上一层厚度为40纳米到250纳米的硫化镉或硫化锌过渡层，在温度150~250°C退火f5min ;然后，用溅射仪或原子层沉积机镀上本征氧化锌和铝氧化锌透明电极，之后，蒸发镀电极。4.根据权利要求1所述的制备铜铟镓硒墨水的方法，其特征在于:铜铟镓硒薄本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铜铟镓硒薄膜的制造工艺，其特征在于，为三步法，包括以下步骤：（1）在200~400℃条件下，用30~100mA的电流在基底上蒸镀上第一层薄膜，形成贫铜富铟镓区域；（2）在300~600℃的条件下，用80~150mA的电流蒸镀上第二层薄膜，形成富铜区域；（3）在300~600℃的条件下，用20~150mA电流的蒸镀上第三层薄膜，再形成一层贫铜区域，以确保薄膜整体贫铜结构；其中，所用的单源为Cu2InxGa1?xSe2粉体，设备为装有加热基板的电子束蒸发仪，恒定电压为7KV。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐从康，
申请(专利权)人：无锡舒玛天科新能源技术有限公司，
类型：发明
国别省市：