[发明专利]薄膜太阳电池吸收层的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于柔性铜铟镓硒薄膜太阳电池技术领域，特别是涉及一种薄膜太阳电池吸收层的制备方法。 

背景技术

铜铟镓硒薄膜太阳电池是一种近年来引起普遍关注的新型太阳电池，其转换效率高、稳定性好、抗辐照能力强，具有广泛的应用前景。研究人员通过实验发现，在钠钙玻璃（SLG）衬底上沉积铜铟镓硒薄膜电池吸收层的过程中，玻璃中含有的Na元素会通过Mo背电极扩散至吸收层中，Na在铜铟镓硒中起到了钝化失主缺陷、增加有效p型掺杂，增加载流子浓度、降低电阻率的作用，显著地提高了铜铟镓硒太阳电池的电学性能。目前铜铟镓硒电池转换效率的世界纪录便是通过掺Na的方法实现的。 

采用聚酰亚胺膜、钛箔、不锈钢箔片等材料作为衬底的柔性铜铟镓硒薄膜电池能够克服玻璃刚性衬底电池不能铺设于不平整表面的不足，扩大了铜铟镓硒电池的应用范围。但是，由于这些材料中不含有Na元素，无法实现制备过程中Na从衬底扩散进吸收层，因此需要采用人为掺杂Na的方法来改善太阳电池的性能。 

目前，制备铜铟镓硒薄膜太阳电池过程中，掺入Na的方法有很多种，包括：在制备Mo背电极之前先在衬底上沉积一层含Na的预置层；在Mo背电极表面沉积含Na预置层；在制备铜铟镓硒吸收层过程中共沉积Na元素（对于目前普遍采用的三步法制备铜铟镓硒，又可分为第一步掺、第二部共掺、第三步共掺）等方法。采用这些方法掺杂Na元素虽然都可以改善薄膜太阳电池的电学性能，但是通过观察其吸收层晶体结构发现，吸收层薄膜晶粒尺寸相比未掺Na的样品都有所减小，晶界增多，这在一定程度上又会对铜铟镓硒薄膜太阳电池的性能带来负面的影响。 

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供了一种结晶质量不受影 响、薄膜晶粒尺寸不变，可提高薄膜太阳电池开路电压、短路电流、填充因子和光电转换效率的薄膜太阳电池吸收层的制备方法。 

本发明采取的技术方案是： 

薄膜太阳电池吸收层的制备方法，其特点是：包括以下制备步骤： 

步骤1、在柔性衬底上带有Mo背电极的一面向下置入真空室的蒸发腔内，柔性衬底的上方置有衬底加热装置，作为蒸发源的Cu、Ga、Se、In均匀分布在蒸发腔内Mo背电极下方的周边，作为蒸发源的NaF9置于蒸发腔内吸收层下面的中心处；Cu、Ga、Se、In和NaF蒸发源各自置于温度可控的加热装置中；柔性衬底与Cu、Ga、Se、In和NaF蒸发源之间均置有蒸发源挡板； 

步骤2、通过真空泵将蒸发腔内抽真空至10^-3Pa，衬底加热至450°C~500°C，Cu蒸发源加热到1200-1300°C、In蒸发源加热到800-1000°C、Ga蒸发源加热到900-1100°C、Se蒸发源加热到200-300°C，打开Cu、In、Ga、Se的蒸发源挡板，在Mo背电极上共蒸发Cu、In、Ga、Se元素制备厚度为1-5μm的吸收层；关闭Cu、In、Ga的蒸发源挡板； 

步骤3、保持柔性衬底温度不变，NaF蒸发源加热到550°C~600°C，打开NaF上面的蒸发源挡板，NaF持续蒸发15~20min后关闭NaF上面的蒸发源挡板，停止NaF加热； 

步骤4、柔性衬底在Se气氛下以20-30°C/min的速率降温，直至柔性衬底温度低于250°C后关闭Se的蒸发源挡板，停止通入Se蒸汽，待柔性衬底冷却至室温后取出，吸收层即形成后掺杂Na的吸收层。 

本发明还可以采用如下技术方案： 

所述步骤1中温度可控的加热装置为内周围盘绕有加热电阻丝的氮化硼坩埚，坩埚外壁贴附有测量并控制加热温度的热偶。 

本发明具有的优点和积极效果是： 

本发明由于采用吸收层制备工艺完成后再通过蒸发NaF进行后掺Na，不仅增加了吸收层的载流子浓度、降低了电阻率，而且吸收层晶体质量不受影响，吸收层薄膜晶粒尺寸不变，改善了吸收层的电学性能，能够有效提高薄膜太阳电池的电学性能，与制成的同类电池比，采用该吸收层制备电池的光电转换效率可提高20%~30%。 

附图说明

图1是本发明用真空室侧视示意图； 

图2是本发明用真空室俯视示意图。 

1-蒸发腔；2-衬底加热板；3-柔性衬底；4-真空泵；5-Cu蒸发源；6-Ga蒸发源；7-Se蒸发源；8-In蒸发源；9-NaF蒸发源；10-蒸发源挡板。 

具体实施方式