[发明专利]太阳能电池CIGS吸收层靶材的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种CIGS薄膜太阳能电池吸收层，具体说是吸收层靶材的制备方法。

背景技术

CuInSe₂，Cu(InGa)Se₂等作为光吸收层、具有抗辐射、性能稳定的特点，可以制备成成本较低的太阳能薄膜电池，适合民用。其制备方法目前比较成熟的是一般采用先溅射后硒化或硫化工艺，这种方法不能保证薄膜成分和厚度的均匀性，而且硒化工艺涉及剧毒硒化物或硫化物，在制备过程中对设备要求较高。为了简化工艺和降低成本，美国学者利用CuInGaSe 靶材，通过一步溅射的方法制备CIGS 光吸收层，这种工艺大大简化了制备流程，能够精确控制薄膜成分和厚度，使硒化工艺简化甚至取消。目前，使用Cu₂Se、In₂Se₃、Ga₂Se₃靶材合成薄膜太阳能电池吸收层是个可行的方法。

因此，Cu₂Se、In₂Se₃、Ga₂Se₃粉末合金成为制备相应薄膜太阳能电池吸收层靶材的关键材料。但在合金制备过程中容易造成Se 的大量挥发和Se 在合金表面的漂浮，使其不能完全与合金融合，难以形成一体化合金；还有硒与Ga、In 发生剧烈的化学反应，制备工艺设计不合理，容易造成设备的毁坏、环境的污染和硒的损失。因此，控制Se 的挥发和Se 在合金中的均匀分布，是难点也是关键。目前Cu(InGa)Se₂都采用化合物合成方法， 即采用Cu₂Se化合物与In₂Se₃化合物固相合成CuInSe₂ 材料，固相合成的材料由于颗粒间的接触面积较小，各元素固态扩散系数远远小于液相时的扩散系数，导致固相合成方法制备的材料颗粒（晶粒）间的成分差异较大，造成元素浓度分布不均匀，在溅射时薄膜质量低下，无法满足对成分配比敏感的薄膜太阳能电池吸收层的实际制备需要。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种成本较低、靶材致密度较高的太阳能电池CIGS吸收层靶材的制备方法。

本发明采用的技术方案为：太阳能电池CIGS吸收层靶材的制备方法，该CIGS吸收层由Cu、In、Ga、Se四种元素组成，包括以下步骤：

（1）将块状Cu、In、Ga按配比要求分别置于一容器上层加温区的独立空间，再按配比要求将Se置于该容器的下层加温区，在小于10^-2Pa真空度条件下封闭容器或者在充入低于大气压力的氩气、氮气或氦气的条件下封闭容器；

（2）将上层加温区的各个独立空间的温度分别调整到高于对应材料熔点的温度，材料熔化后流向下层加温区；在对上层加温区加温的同时，将下层加温区的温度调整到高于Se沸点的温度，使气态的Se与向下运动的材料形成对流，直至上层加温区的材料全部流入下层加温区；最后，停止对上层加温区加温，并将下层加温区的温度调整到高于Cu熔点的温度，保温1小时～10小时，随后在8 小时内缓慢冷却到室温，将制备的块体从容器内取出后球磨，将粉末筛分，得到粉末产品；

（3）将制备出的粉末放入热压炉模具中在600℃～ 920℃、30MPa ～ 300MPa 压制后按需要的尺寸加工即得到所需的块体靶材。

作为优选，步骤（1）配比要求为Cu(InGa)（1-2x） Se2（1+x），其中x的值为-0.1～0.1。

作为优选，步骤（2）中高于Cu熔点的温度或Se沸点的温度为1000℃～ 1200℃。

作为优选，步骤（2）中高于In或Ga熔点的温度为500℃ ～ 800℃。

作为优选，所述容器为具有上层加温区和下层加温区的高压反应釜，上层加温区分隔成数个所述独立空间，上层加温区与下层加温区相通，如可将上层加温区采用丝网布置，限制网孔孔径的大小，或者上层加温区的材料采用块状，就可实现固体材料不会从网孔中进入下层加温区，而熔融的液体材料便能流入下层加温区。