Cigs基薄膜太陽(yáng)能電池光吸收層的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及薄膜太陽(yáng)能電池技術(shù)領(lǐng)域，更具體的，本發(fā)明提供一種CIGS基薄膜太陽(yáng)能電池光吸收層的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著全球氣候變暖、生態(tài)環(huán)境惡化和常規(guī)能源的短缺，越來(lái)越多的國(guó)家開(kāi)始大力發(fā)展太陽(yáng)能利用技術(shù)。太陽(yáng)能光伏發(fā)電是零排放的清潔能源，具有安全可靠、無(wú)噪音、無(wú)污染、資源取之不盡、建設(shè)周期短、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)，因而備受關(guān)注。銅銦鎵砸(CIGS)是一種直接帶隙的P型半導(dǎo)體材料，其吸收系數(shù)高達(dá)105/cm，2um厚的銅銦鎵砸薄膜就可吸收90%以上的太陽(yáng)光。CIGS薄膜的帶隙從1.04eV到1.67eV范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，可實(shí)現(xiàn)與太陽(yáng)光譜的最佳匹配。銅銦鎵砸薄膜太陽(yáng)電池作為新一代的薄膜電池具有成本低、性能穩(wěn)定、抗輻射能力強(qiáng)、弱光也能發(fā)電等優(yōu)點(diǎn)，其轉(zhuǎn)換效率在薄膜太陽(yáng)能電池中是最高的，已超過(guò)20%的轉(zhuǎn)化率，因此日本、德國(guó)、美國(guó)等國(guó)家都投入巨資進(jìn)行研究和產(chǎn)業(yè)化。
[0003]制造CIGS基薄膜太陽(yáng)能電池的光吸收層的方法大概可分為兩種，一種稱為“多源共蒸發(fā)”法，另一種稱為“濺射后砸化”法。每種方法都有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。如對(duì)于CIGS基薄膜太陽(yáng)能電池的相對(duì)較小尺寸的吸收層，雖然多源共蒸發(fā)法已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了高轉(zhuǎn)換效率，但是對(duì)于大尺寸的吸收層其膜組成的均勻性存在嚴(yán)重的問(wèn)題，此外，該種方法所需的設(shè)備是復(fù)雜且昂貴的。而濺射后砸化法可實(shí)現(xiàn)光吸收層的大尺寸沉積且膜組分均勻，與多源共蒸發(fā)法相比，其更加簡(jiǎn)單且設(shè)備成本更低。然而，濺射后砸化法影響吸收層質(zhì)量的因素主要是砸化過(guò)程的參數(shù)控制，目前光吸收層的形成主要是按兩步法進(jìn)行，即將沉積有預(yù)制層的基片在約三四百度的溫度下先砸化，然后再在五六百度的溫度下再砸化和/或硫化處理。此方法砸化后所獲得的光吸收層的組分存在不均勻性。光吸收層的組分不均勻性過(guò)大將不會(huì)獲得性能優(yōu)良的薄膜太陽(yáng)能電池。
[0004]因此需要一種用于CIGS基薄膜太陽(yáng)能電池光吸收層的制備方法，使得該CIGS基薄膜太陽(yáng)能電池的光吸收層具有在較大面積上的高均勻性的膜組分，從而為獲得具有優(yōu)良性能的CIGS基薄膜太陽(yáng)能電池奠定基礎(chǔ)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)之不足，提供一種能夠獲得組分具有較高均勻性的光吸收層的砸化方法。
[0006]本發(fā)明提供了一種CIGS基薄膜太陽(yáng)能電池光吸收層的制備方法，其特征在于，包括:
[0007]提供基板，基板沉積有預(yù)制層；
[0008]將所述基板轉(zhuǎn)移至加熱爐中，使用真空栗抽掉加熱爐內(nèi)的氣體使加熱爐內(nèi)的壓力維持在本底真空度的水平；
[0009]將加熱爐內(nèi)的溫度從室溫升高到第一溫度Tl，所述第一溫度Tl的范圍是從150°C到250°C，在第一溫度Tl維持一段時(shí)間tl，此時(shí)加熱爐內(nèi)的壓力為第一壓力；
[0010]之后，將含有砸物質(zhì)的氣體通入加熱爐內(nèi)，同時(shí)以維持爐內(nèi)壓力在第二壓力，并將加熱爐內(nèi)的溫度從第一溫度Tl升高到第二溫度T2，所述第二溫度T2的范圍是從350°C到450°C，在第二溫度T2維持一段時(shí)間t2 ;
[0011 ] 之后，將加熱爐內(nèi)殘余的含砸物質(zhì)的氣體清除，然后通入惰性氣體，使?fàn)t內(nèi)壓力維持在第三壓力，并將加熱爐內(nèi)的溫度從第二溫度T2升高到第三溫度T3，所述第三溫度T3的范圍是從510°C到600 °C，在第三溫度T3維持一段時(shí)間t3 ;
[0012]之后，將加熱爐內(nèi)的溫度從第三溫度T3降至第四溫度T4，所述第四溫度T4的范圍是從500 °C到550 °C，在第四溫度T4維持一段時(shí)間t4，同時(shí)通入含硫物質(zhì)的氣體，使?fàn)t內(nèi)壓力維持在第四壓力；
[0013]之后，進(jìn)行冷卻步驟，在冷卻過(guò)程抽出剩余的反應(yīng)氣體，最后冷卻至室溫并將爐內(nèi)壓力升到大氣壓，然后取出基板，從而在基板上形成具有黃銅礦結(jié)構(gòu)的光吸收層。
[0014]進(jìn)一步的，所述第一溫度Tl的范圍優(yōu)選160°C到230°C ;所述第二溫度T2的范圍優(yōu)選380°C到420°C;所述第三溫度T3的范圍優(yōu)選510°C到550°C;所述第四溫度T4的范圍優(yōu)選 500 °C 到 530 °C。
[0015]進(jìn)一步的，所述預(yù)制層為含有銅銦的膜層、含有銅銦砸的膜層、含有銅銦鎵的膜層、含有銅銦鎵砸的膜層、含有銅銦鋁的膜層、含有銅銦鎵鋁的膜層、含有銅銦鎵鋁砸的膜層或含有銅銦鋁砸的膜層，所述預(yù)制層為單層或多層組成，所述預(yù)制層中還可含有堿金屬元素，所述預(yù)制層中還可含有銻、鉍元素，所述預(yù)制層中也可含有適量的硫元素。
[0016]進(jìn)一步的，所述本底真空度為10 3Torr至10 6Torr,或?yàn)楦叩恼婵斩?；所述第一壓力為本底真空度或?yàn)榈陀?00Torr的壓力；所述第二壓力為400_720Torr的壓力；所述第三壓力為400-720Torr的壓力；所述第四壓力為400_720Torr的壓力。
[0017]進(jìn)一步的，所述惰性氣體為氮?dú)夂?或氬氣，所述含砸物質(zhì)為砸化氫和/或砸蒸汽，所述含硫物質(zhì)為硫化氫和/或硫蒸汽。
[0018]進(jìn)一步的，所述30s tl 60min，5min《120min，30s < t3 < 90min，Imin < t4 < 120mino
[0019]進(jìn)一步的，所述加熱爐內(nèi)設(shè)有強(qiáng)制對(duì)流裝置，在加熱過(guò)程中開(kāi)啟強(qiáng)制對(duì)流裝置，使基板能夠更加均勻的受熱。
[0020]本發(fā)明還提供了另一種CIGS基薄膜太陽(yáng)能電池光吸收層的制備方法，其特征在于，包括:
[0021]提供基板，基板沉積有預(yù)制層；
[0022]將所述基板轉(zhuǎn)移至加熱爐中，使用真空栗抽掉加熱爐內(nèi)的氣體使加熱爐內(nèi)的壓力維持在本底真空度的水平，所述本底真空度為10 3Torr至10 6Torr,或?yàn)楦叩恼婵斩龋?br>[0023]將加熱爐內(nèi)的溫度從室溫升高到第一溫度Wl，所述第一溫度Wl的范圍是從150°C到250°C，在第一溫度Wl維持一段時(shí)間dl，所述30s ^ dl ^ 60min，此時(shí)加熱爐內(nèi)的壓力維持為第一壓力，所述第一壓力為本底真空度或?yàn)榈陀?00Torr的壓力；
[0024]之后，將向加熱爐內(nèi)通入惰性氣體，使?fàn)t內(nèi)壓力維持在第二壓力，所述第二壓力的范圍是從為400Torr到720Torr，并將加熱爐內(nèi)的溫度從第一溫度Wl升高到第二溫度W2,所述第二溫度W2的范圍是從510°C到600°C，在第二溫度W2維持一段時(shí)間d2，所述30s d2 90min ；
[0025]之后，將加熱爐內(nèi)的溫度從第二溫度W2降至第三溫度W3，所述第三溫度W3的范圍是從500 °C到550°C，在第三溫度W3維持一段時(shí)間d3，所述Imin彡d3彡120min，同時(shí)通入含硫物質(zhì)的氣體，使?fàn)t內(nèi)壓力維持在第三壓力，所述第三壓力的范圍是從為400Torr到720Torr ；
[0026]之后，進(jìn)行冷卻步驟，在冷卻過(guò)程抽出剩余的反應(yīng)氣體，最后冷卻至室溫并將爐內(nèi)壓力升到大氣壓，然后取出基板，從而在基板上形成具有黃銅礦結(jié)構(gòu)的光吸收層。
[0027]進(jìn)一步的，所述第一溫度Wl的范圍優(yōu)選160°C到230°C ;所述第二溫度W2的范圍優(yōu)選510°C到550°C ;所述第三溫度W3的范圍優(yōu)選500°C到530°C。
[0028]進(jìn)一步的，所述預(yù)制層中含有砸，例如為含有銅銦砸的膜層、含有銅銦鎵砸的膜層、含有銅銦鎵鋁砸的膜層或含有銅銦鋁砸的膜層，所述預(yù)制層為單層或多層組成，所述預(yù)制層中還可含有堿金屬元素，所述預(yù)制層中還可含有銻、鉍元素，所述預(yù)制層中也可含有適量的硫元素。
[0029]進(jìn)一步的，所述惰性氣體為氮?dú)夂?