[发明专利]一种CIGS薄膜电池的激光沉积制备工艺

说明书

一、技术领域

本发明涉及薄膜光伏器件制备及激光应用领域，特别涉及一种制备铜铟镓硒薄膜及电池器件的方法。

二、背景技术

铜铟镓硒（CuInGaSe₂，简写CIGS）类为代表的新一代薄膜电池由于具有吸收率高、带隙可调、成本低廉、转换率高、弱光性好、性能稳定以及抗辐射能力强等优点，而被公认为是第三代太阳能电池的最佳材料之一，因而已成为当前国际光伏界的研究热点。CIGS电池是以CIGS材料为光吸收层的一类薄膜电池。近年来在其优良性能和巨大需求背景之下，包括美国可再生能源实验室NREL、全球太阳能GSE、壳牌太阳能Shell Solar、日本本田Honda、昭和壳牌石油Showa Shell、德国伍尔特Wurth Solar等全球近50家公司机构投入巨额财力和人力进行研发与生产，2011年产能达到GW水平，显示出良好的发展势头。

CIGS薄膜电池的制备工艺可分为真空工艺和非真空工艺。非真空工艺虽然成本相对较低，但薄膜质量较差、效率低下，目前还处于研发阶段。而目前高效率的CIGS光伏吸收层材料均为真空条件下沉积制得的，如共蒸法或溅射后硒化工艺。但传统的真空生产工艺，均需要昂贵的真空设备系统、制程复杂、成分控制困难、重复性差、制备周期长、能耗高等缺点。而激光沉积技术具有众多优点，比如沉积速率高、适合高熔点物质薄膜的沉积、能实现低温衬底沉积高质量薄膜、可防止氧化及杂质污染等，而激光沉积最大优点在于靶材成分和薄膜成分一致，有利于薄膜组分的控制。发明人在前期也采用脉冲激光沉积PLD技术溅射CuIn、CuGa等合金靶材，然后硒化制备CIGS薄膜，见Solid State Commun.146(2008)57。但问题在于由于激光能量很高，轰击合金材料，易于出现In、Ga等低熔点材料的小球，导致薄膜材料极为粗糙，硒化后无法得到高质量的均匀CIGS薄膜。

传统三步共蒸法中需要繁琐的成分监控技术，同时需要大量的Se源蒸发以提供充足的Se蒸气压以保证富Se-CIGS薄膜的生成，因而良品率及重复性差；而溅射后硒化两步法也需要复杂的后硒化炉子设备及工艺。

三、发明内容

本发明旨在提供一种CIGS薄膜电池的激光沉积制备工艺，所要解决的技术问题是提高CIGS薄膜质量、制备的重复性和良品率，简化制备工艺。

本发明CIGS薄膜电池的激光沉积制备工艺如下：

依次在Mo玻璃衬底上沉积钠化合物薄膜、CIGS薄膜、缓冲层薄膜和窗口层薄膜得到CIGS器件；

所述钠化合物薄膜通过热蒸发沉积、溅射沉积、激光沉积或电子束沉积得到，所述钠化合物选自NaF、NaCl、NaBr、NaI、Na₂O、Na₂O₂、Na₂CO₃、Na₂SO₄、NaHCO₃、NaHSO₄中的一种或几种，优选NaF，所述钠化合物薄膜的厚度为10-50nm，优选25nm；所述钠化合物薄膜的制备优选激光沉积的方式，沉积时的衬底温度为20-200℃，优选100℃。

所述CIGS薄膜通过激光沉积得到，沉积所述CIGS薄膜的靶材为高熔点的（熔点为600-1200℃）含Se多元靶材，所述含Se多元靶材按配比量选自Cu₂Se、CuSe、In₂Se₃、InSe、Ga₂Se₃、GaSe、(In,Ga)₂Se₃、CuInSe₂、CuGaSe₂、CuInGaSe₂中的一种或几种，优选CuInGaSe₂，CIGS薄膜激光沉积的衬底温度控制在200-300℃，所述CIGS薄膜的厚度为1.5-2.5μm；采用高能激光（激光能量在100-1000mJ）轰击靶材，可有效抑制Se元素挥发流失，同时可在300℃较低的衬底温度之下，一次性快速得到符合化学剂量比的高质量CIGS薄膜；