[发明专利]黄铜矿型薄膜太阳能电池及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及光伏太阳能电池制造技术领域，具体涉及一种半导体薄膜太阳能电池，特别涉及黄铜矿型铜铟镓硒薄膜太阳能电池及其制造方法。

背景技术

随着能源消耗的不断增加，作为能源的主要来源，石油和煤炭的大量使用所导致的二氧化碳排放严重地污染生态环境，而且石油和煤炭资源也面临枯竭的境地。因此，寻求低碳排放而又取之不尽的可再生能源变得越来越紧迫，基于光伏效应的太阳能电池正是这样一种可再生新能源。当前，人们对太阳能的开发和利用日趋重视，市场对更大面积、更轻更薄且生产成本更低的新型太阳能电池的需求日益增加。在这些新型太阳能电池中，近年来开发出来的基于硅材料的合金薄膜太阳能电池，例如非晶硅和碲化镉薄膜太阳能电池，以其用硅量少、低成本、低能耗和高量产等特性，已成为太阳能电池发展的新趋势和新热点。虽然薄膜太阳能电池具有上述优势，但是非晶硅薄膜太阳能电池有光电转换效率低和稳定性欠佳等缺点；而碲化镉薄膜太阳能电池则有环保要求对镉金属的使用限制。

近年来，学术界又研制出了基于半导体铜铟镓硒等化合物(CuInGaSe₂，CIGS)的薄膜太阳能电池。铜铟镓硒薄膜太阳能电池具有生产成本低、污染小、不衰退、性能稳定、抗辐射能力强、弱光性能好等特点，光电转换效率居各种薄膜太阳能电池之首，接近于目前市场主流产品晶体硅太阳能电池的转换效率，而成本则是晶体硅电池的三分之一，被国际上称为“下一时代非常有前途的新型廉价薄膜太阳能电池”。此外，该电池具有柔和、均匀的黑色外观，是对外观有较高要求场所的理想选择，如大型建筑物的玻璃幕墙等，在现代化高层建筑等领域有很大市场，无论是在地面阳光发电还是在空间微小卫星动力电源的应用上具有广阔的市场前景。

铜铟镓硒化合物吸收薄膜的制造方法大体可分为两种，共蒸发法和预制体薄膜+硒化二步法。共蒸发法是直接一步的方法制备出高质量并有能带梯度的黄铜矿结构的CIGS晶体薄膜。显然，共蒸发法不仅要求随时间而变的精准的蒸发速度配比，而且要求玻璃基板被加热到420～600℃，对蒸发源温度控制的要求非常严格，例如每当铜源温度波动20℃时，会导致50％铜蒸发速度的变化，对大规模生产良率及成本造成很大的影响，需要进一步的提高。

另一种方法，预制体薄膜+硒化二步法是在玻璃基片保持在室温的情况下制得含铜、铟、镓的前驱体薄膜，然后把玻璃基片加热到400～600℃下进行硒化反应形成CIGS多晶薄膜。该方法较共蒸发法更简便易于大规模生产控制。在该方法中，前驱体薄膜可以采用热蒸发，磁控溅射，或是纳米油墨涂覆等方法连续制备。硒化反应通常是在真空或惰性气氛室中，采用硒化氢(H₂Se)和/或硫化氢(H₂S)作为反应气体，于400～600℃下进行。为了增加产量，多片预制体基片可进行间歇式一次硒化或把多片预制体分别置于叠层式硒化腔体中进行。无论采用何种硒化反应方式，以往的硒化过程所使用的硒化氢气体是剧毒气体，相当危险，对生产过程和环境都具有很大危害。

此外，以往的形成前驱体薄膜的磁控溅射工艺所使用的靶材通常是CuGa合金靶和In靶两种，因CuGa和In是独立的靶，它们的制程过程中的波动会影响CuGa/In预制层薄膜的各个元素之间的成分比例而影响后面形成CIGS薄膜的特性及太阳能电池的输出特性，对电池板的生产良率造成影响。

发明内容

因此，本发明提供了一种黄铜矿型薄膜太阳能电池及其制造方法，能够进一步提高沉积CuInGa前驱体薄膜的均匀性、成分可控性、重复性和量产性，以及生产过程的安全性。

本发明提供的黄铜矿型薄膜太阳能电池的制造方法，包括：

提供衬底；

在所述衬底表面形成背电极层；

利用单一靶材在所述背电极层表面溅射膜层；

利用单质硒源在所述溅射膜层表面蒸发硒层并形成前驱体薄膜层；

对所述前驱体薄膜层在保护气氛中进行退火反应形成吸收层；

在所述吸收层表面形成缓冲层；

在所述缓冲层表面形成透明导电层。

所述单一靶材为含有铜(Cu)、镓(Ga)和铟(In)的靶材。

所述铜(Cu)、镓(Ga)和铟(In)的成分比为(0.7-0.96)∶(0-0.4)∶(1.0-0.6)。

所述保护气氛为氩气或氮气或它们的混合气体。

所述保护气氛中还包括硫化氢H₂S，且H₂S的体积比为0-20％。

所述衬底为玻璃、金属箔或塑料薄膜。