[发明专利]一种新的Cu(InGa)Se2薄膜太阳电池缓冲层制备方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及光伏器件制备材料，特别设计一种制备CIGS薄膜太阳电池缓冲层的方法。

二、技术背景

铜铟镓硒(Cu(InGa)Se₂，简写CIGS)薄膜太阳电池，由于CIGS具有吸收率高，带隙可调，成本低廉；光电转换率高，弱光性好以及抗辐射能力强等有点，成为第三代太阳电池的代表和当前国际光伏界研究的热点。

在CIGS吸收层的沉积过程中，不可避免的形成二次相Cu₂Se，其虽在CIGS膜的生长过程中有助于组份输运而形成大的CIGS晶粒。满足化学计量比的CIGS生长完成后，过量的Cu和Se继续反应在CIGS表面形成二次相Cu₂Se，Cu₂Se的高导电性使CIGS/CdS表面漏电流增加，CIGS薄膜太阳电池的光电转换率降低。此外Na和O的化合物也具有较强的导电性和取代Se、S而使材料的P型导电性变弱，因此为了获得良好的CIGS/CdS异质结特性，必须除去CIGS/CdS界面的Na和O的化合物。CIGS吸收层通过Ga含量随膜厚的变化而形成带隙的梯度分布，其中当CIGS膜背面Ga含量坐高，而表面Ga含量最低时，CIGS膜的Ga含量分布呈“后偏析”。研究表明当CIGS膜的Ga含量呈“后偏析”状态时，带隙宽度最大，吸收光的范围最宽。由于Cd离子渗入CIGS表层，而使CIGS具有P型导电性，S离子掺入CIGS可使其带隙宽度增大，导致薄膜太阳电池的开路电压和填充因子增大而使薄膜电池的光电转换率提高。当前虽然通过标准的化学水浴沉积法制备了高光电转换效率的CdS缓冲层，但由于CdS的对CIGS膜的覆盖度不高，针孔多，长期稳定性不好，而使CIGS薄膜太阳电池的可靠性降低。本发明采用Br₂-CH₃OH和氨水刻蚀CIGS表面，随后化学溅射热解沉积In₂S₃和在化学水浴溶液中加入阳离子体系消泡剂的方法来改善CIGS/缓冲层的界面特性，从而改善CIGS/缓冲层异质结的光点特性。

三、发明内容

本发明针对当前CIGS/缓冲层异质结所存在的问题，旨在提供一种制备缓冲层的新方法，所要解决的问题是降低CIGS/缓冲层界面的漏电流，除去CIGS吸收层表面二次相Cu₂Se，Na和0的化合物，形成镜像表面，同时解决缓冲层标准CBD法沉积的CdS缓冲层对CIGS表面覆盖度不高，且有大量针孔的问题，及CdS缓冲层的长期不稳定性等。

本发明的缓冲层制备方法首先采用依次Br₂-CH₃OH和热氨水刻蚀CIGS吸收层表面，然后在CIGS吸收层表面通过化学溅射热解法沉积In₂S₃，最后用加有阳离子体系消泡剂的化学水浴体系沉积CdS膜层。

Br₂-CH₃OH和氨水刻蚀CIGS吸收层表面，其包括以下步骤：

用加有0.12mol/L的KBr的浓度为0.23mol/L的Br₂-CH₃OH溶液在室温下刻蚀为10min；

刻蚀结束后用去离子水超声清洗三次，每次5min。

去离子水清洗完成后，用干燥的氮气将其吹干后立即放入温度为65℃的1.8M的氨水溶液中，

在氨水溶液中刻蚀15min后，用去离子水冲洗CIGS表面，并用干燥氮气将其吹干。

化学溅射热解法沉积In₂S₃，其工艺为：

以5ml/min的溅射沉积速率，将In/S＝1.2/8的InCl₃和硫脲CS(NH₂)₂混合溶液溅射沉积在温度为400℃的CIGS吸收层表面，在25min内形成厚20nm的In₂S₃膜层。

化学水浴沉积法沉积CdS膜层的沉积工艺为：

将30ml醋酸镉Cd(CH₃COO)₂(0.0025M)，30ml的CH₃COONH₄(0.025M)，25ml的NH₄OH(2.25M)，阳离子体系消泡剂和50ml的去离子水放入烧杯内，其中溶液PH≈1；