[发明专利]一种无镉的铜铟镓硒薄膜太阳能电池缓冲层的沉积方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及太阳能电池领域，具体说是一种无镉的铜铟镓硒薄膜太阳能缓冲层的沉积方法。

背景技术

铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池在普通钠钙玻璃或聚酰亚胺薄膜等衬底上沉积多层薄膜而构成的光伏器件，其单体电池结构一般为：玻璃衬底/金属钼背电极/CIGS光吸收层/缓冲层/高阻本征i—ZnO/导电窗口层。最初人们发现CISG电池的PN结由CIGS/CdS构成较好，CdS既是n型半导体又是CIGS电池的窗口材料，后来的研究表明：CdS薄膜材料的禁带宽度较窄，同时，重金属Cd对人体和环境有害，随着CIGS/CdS薄膜太阳能电池技术的发展和产业化进程的加快，电池生产过程中含镉的废水排放及电池回收时镉回收的困难，都将成为隐患。因此寻找替代隔的元素在CIGS薄膜太阳能电池中的作用，开发无镉CIGS太阳能电池成为了CIGS电池研究的热点。

ZnS被认为是最有前途的CIGS电池缓冲层薄膜。ZnS有较CdS略宽的带宽，更有得于与CIGS吸收层间带隙的配合。

目前沉积ZnS来做CIGS太阳能电池缓冲层的方法有化学水浴法，电化学沉积法，化学气相沉积法。上述方法缺点是：不可避免的在所沉积的薄膜中形成针孔，而所需要的缓冲层又较薄（40—80nm），很有可能会由于缓冲层中的针孔而形成短路，由此会降低太阳能电池的效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无镉的铜铟镓硒薄膜太阳能电池缓冲层的沉积方法，该方法沉积的缓冲层无针孔，利于提高太阳能电池的效率。

一种无镉的铜铟镓硒薄膜太阳能电池缓冲层的沉积方法，将已沉积金属背电极及吸收层CIGS的钠钙玻璃衬底放入原子层沉积装置的反应室中，对反应室抽真空，本底真空在5×10^-3mbar以下，选用金属有机物二乙基锌和硫化氢为反应物，氮气为载流气体和清洗气体，对衬底加热至200℃，以氮气为载流气体通入二乙基锌做反应气体，二乙基锌与衬底产生化学吸咐，在衬底表面吸咐一层二乙基锌，通入纯氮气将多余的二乙基锌带走，再通入氮气做载流气体的H₂S气体，H₂S气体与吸咐在衬底上的二乙基锌发生化学反应生成ZnS薄膜，最后通入氮气将反应生成的气体及末反应完的气体清洗走，一层ZnS分子薄膜沉积形成，重复上述沉积过程，原子层沉积经过多次循环，将化合物原子一层接一层沉积在衬底上，直至ZnS薄膜缓冲层达到所需的厚度40—80nm，继续在ZnS缓冲层上沉积i-ZnO层、ZnO:Al层便形成了无镉的铜铟镓硒太阳能电池。

本发明采用原子层沉积方法沉积铜铟镓硒太阳能电池的缓冲层，充分利用原子层沉积法能精确控制薄膜厚度的优势，该方法沉积的薄膜具有致密性、保形性和无针孔性，有利于铜铟镓硒太阳能电池效率的提高。

具体实施方式

下面结合本试验实例对本发明作进一步说明。

将已沉积了金属背电极Mo及吸收层CIGS的钠钙玻璃衬底放入原子层沉积装置的反应室中，对反应室抽真空，本底真空在5×10^-3mbar以下。选用金属有机物二乙基锌和硫化氢为反应物，氮气为载流气体和清洗气体。对衬底加热至200度，以氮气为载流气体通入二乙基锌做反应气体，二乙基锌与衬底产生化学吸咐，在衬底表面吸咐一层二乙基锌，通入纯氮气将多余的二乙基锌带走，再通入氮气做载流气体的H₂S气体，H₂S气体与吸咐在衬底上的二乙基锌发生化学反应生成ZnS薄膜，最后通入氮气将反应生成的气体及未反应完的气体清洗走，一层ZnS分子薄膜沉积形成了。如此重复该循环过程，原子层沉积经过多次循环，将化合物原子一层接一层沉积在衬底上，使要沉积的ZnS薄膜达到所需的厚度40—80nm，继续在缓冲层上沉积i-ZnO，ZnO:Al层便形成了无镉的铜铟镓硒太阳能电池。

上述实施例仅是本发明的较佳实施方式，详细说明了本发明的技术构思和实施要点，并非是对本发明的保护范围进行限制，凡根据本发明精神实质所作的任何简单修改及等效结构变换或修饰，均应涵盖在本发明的保护范围之内。