[发明专利]铜铟镓硒多层薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本申请涉及光伏薄膜材料技术领域，尤其涉及一种非真空工艺制备的铜铟镓硒多层薄膜及其制备方法。

背景技术

随着能源危机的日益严重，可再生能源的利用越来越备受关注。太阳能由于清洁、无污染且取之不尽用之不竭，已成为最具潜力的新型能源。太阳能电池，作为太阳能一种有效的利用手段，成为太阳能技术发展的关键因素。而薄膜太阳能电池，由于成本和环保优势已成为未来国际光伏产业的必然趋势。

在过去的几十年里，铜铟镓硒（CuIn_1-xGa_xSe₂，简称CIGS）薄膜由于效率高、无衰退、抗辐射、寿命长、成本低廉等特点，一直受到光伏研究机构和企业的重视和产业化推进，其光电转化效率为所有已知薄膜太阳能电池中最高。目前，美国国家可再生能源实验室在玻璃衬底上利用共蒸发三步工艺制备出最高光电转化效率达到19.9%的电池。此外，CIGS小面积电池效率也创造了新的记录，达到了20.1%，与当前的主流产品多晶硅薄膜电池的转化效率相差无几。CIGS薄膜电池的光电转化效率获得不断提高的原因有很多，其中，制备具有梯度分布的能带结构的CIGS薄膜电池可以有效的改善电池的光电转化效率，这是因为梯度能带产生的电势差将光生载流子驱离高复合区，从而提高短路电流。研究表明，具有单梯度能带分布的CIGS薄膜电池的效率比均匀的CIGS薄膜电池的效率要高1～2%；而具有双梯度能带分布的CIGS薄膜电池的效率能提高3%左右。

虽然采用共蒸发三步工艺来制备CIGS薄膜电池具有很大的优势，但是该工艺属于真空镀膜方法，其要求昂贵的真空设备，造就了高昂的制备成本，不利于CIGS薄膜电池的市场化，且该工艺由于受到真空腔空间的限制，不适合于CIGS薄膜电池的大规模连续产业化生产。此外，真空方法制备CIGS薄膜的成核温度较高，不适合在柔性基板特别是聚合物基板上进行CIGS薄膜电池的制备。相对而言，非真空方法是在开放的环境中进行，具有设备和工艺要求简单、成本低廉等优点，还可以实现连续式的卷对卷（roll-to-roll）制程生产，是实现大规模产业化生产CIGS薄膜的一种较佳方法。

发明内容

本申请提供一种铜铟镓硒多层薄膜及其制备方法。

根据本申请的第一方面，本申请提供一种铜铟镓硒多层薄膜的制备方法，包括：

配制步骤：配制包含不同Ga/(In+Ga)比例的铜铟镓硒前驱溶胶，0.2≤x≤0.4；

涂覆步骤：非真空条件下，按照在从衬底到远离衬底的方向上Ga/(In+Ga)比例为先递减后递增的方式，将所述铜铟镓硒前驱溶胶逐层涂覆到衬底上，得到铜铟镓硒前驱薄膜；

生成步骤：对所述涂覆步骤最终得到的铜铟镓硒前驱薄膜进行热处理，冷却后即制成铜铟镓硒多层薄膜。

一种实施例中，所述配制步骤包括：

将CuSe纳米颗粒和(In_1-xGa_x)₂Se₃纳米颗粒分别均匀分散在分散剂中，根据需要的化学计量比进行混合，得到具有不同Ga/(In+Ga)比例的铜铟镓硒前驱溶胶。

另一种实施例中，所述铜铟镓硒前驱溶胶中Cu离子浓度控制在0.2摩尔/升～1摩尔/升；所述分散剂选自甲醇、乙醇、环己烷、甲苯、二甲苯和己硫醇中的任一种；所述CuSe纳米颗粒和(In_1-xGa_x)₂Se₃纳米颗粒的粒径小于等于50纳米。

另一种实施例中，在所述涂覆步骤中，每进行一层涂覆后，对涂覆得到的铜铟镓硒前驱薄膜进行烘干；

所述涂覆步骤中使用旋转涂膜法进行涂覆，其中，旋涂机的转速控制在100转/分钟～6000转/分钟，涂膜时间为30秒～2分钟；或者，所述涂覆步骤中使用浸渍提拉法进行涂覆，其中，提拉机的速率控制在0.2厘米/分钟～5厘米/分钟，浸泡时间控制在1分钟～4分钟。

另一种实施例中，所述生成步骤具体包括：

烧结子步骤，将所述涂覆步骤最终得到的铜铟镓硒前驱薄膜放到气氛退火炉中，将所述气氛退火炉以预定升温速率升温到预定最高温度，并在所述预定最高温度下保温预定时间；

冷却子步骤，将热处理后的铜铟镓硒前驱薄膜随炉冷却到室温，即制成铜铟镓硒多层薄膜。

其中，所述预定升温速率为10℃/s～100℃/s，所述预定最高温度为450℃～650℃，所述预定时间为0.5小时～3小时。