[发明专利]柔性CIGS薄膜太阳电池吸收层制备工艺

说明书

技术领域

本发明为一种柔性铜铟镓硒薄膜太阳电池吸收层的制备工艺，属于光电元件领域，更确切的说属于光伏太阳电池领域。

背景技术

作为洁净能源的太阳能电池近年来迅速发展薄膜太阳能电池因具有成本低、可大规模生产、并易于集成等优点将成为未来太阳能电池的发展方向。其中铜铟镓硒薄膜太阳能电池具有高光吸收系数、高转化效率、可调的禁带宽度、高稳定性、较强的抗辐射能力等优点，被认为是第三代太阳能电池主要材料(第一代单晶硅，第二代多晶硅、非晶硅)，并已有产品进入太阳能电池市场。

小样品CIGS薄膜太阳能电池的最高转化效率2008年3月达到19.9％，由美国可再生能源实验室采用三步蒸发法制备。目前，CIGS类太阳能电池的转换效率最高值是德国ZSW于2010年8月公布的20.3％但其面积只有0.5cm²。由于铜铟镓硒太阳电池元素配比难以控制、薄膜均匀性难以实现等特点，大面积的CIGS薄膜太阳电池制备难度极大、转换效率偏低而且制造设备昂贵。

发明内容

本发明为一种柔性铜铟镓硒薄膜太阳电池吸收层的制备工艺。利用卷对卷的制备方法，可实现铜铟镓硒薄膜太阳电池的大批量生产。采用所述的制备方法可以提高大面积CIGS薄膜制备工艺的稳定性和薄膜的均与性。采用绕卷式的方法，通过回卷和收卷结合，利用三步共蒸发的方法，制备的薄膜质量高、均匀性好、电池的成品率高，是工业大批量生产的最佳途径。

本发明为一种柔性铜铟镓硒薄膜太阳电池吸收层的制备工艺。首先在柔性不锈钢衬底上利用磁控溅射方法溅射隔离层铬及底电极层钼。然后采用卷对卷的工艺，利用三步共蒸发的方法蒸发吸收层CIGS。

柔性铜铟镓硒薄膜太阳电池吸收层的制备工艺。三步法包括以下步骤：

首先，在衬底温度300～400℃时，共蒸发In、Ga和Se元素，形成(In_1-xGa_x)₂Se₃预置层，制备过程中元素比例为Se/(In+Ga)流量比大于3。

(In，Ga)+Se→(In_1-xGa_x)₂Se₃

其次，在衬底温度550～580℃时，共蒸发Cu和Se元素，采用恒定的功率加热衬底，在制备中当衬底的温度有快速下降时结束此步，会形成富铜的CIGS薄膜。

(In_1-xGa_x)₂Se₃+Cu+Se→Cu(InGa)Se

当Cu和Se的组分比达到生成CIGS的量后，继续沉积Cu和Se，在温度高于523°时，CuxSe以液相形式存在，其具有较强的热辐射性，使衬底的热辐射大于吸收，导致衬底温度快速下降，因此可以将衬底快速降温点作为第二步的结束点。

最后，保持第二步的沉底温度，在稍微富铜的薄膜上蒸发In、Ga、Se三元素，在薄膜表面形成富In的薄膜，并最终得到符合所需化学计量比的CuIn_1-xGa_xSe₂薄膜。

附图说明

图1为本发明一种柔性铜铟镓硒薄膜太阳电池吸收层的制备工艺示意图。其中：衬底加热器1、挡板2、真空泵3、内罩4、设备外壳5、不锈钢衬底带6。

图2为在以不锈钢为衬底制备的CIGS太阳电池的扫描电子显微镜(SEM)图。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的方面特点、使用性及工业大批量生产的可行性，兹列举实施例，并配合附图详细说明如下：