[发明专利]铜铟镓硒太阳电池背电极Mo薄膜及其制备工艺

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池领域，尤其是指一种铜铟镓硒太阳电池背电极薄膜及其制备工艺。

背景技术

铜铟镓硒CIGS薄膜太阳电池因其吸收率高、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，而成为当前产业界和研究机构争相开发的重点。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、Solar Frontier、 Miasole、Global solar、Wurth Solar等全球众多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。

在CIGS薄膜太阳能电池制备过程中，Mo薄膜质量的好坏，直接影响着后续CIGS薄膜、缓冲层及窗口层薄膜的外延生长，进而直接决定了最终电池器件的光电性能。判断Mo电极质量的好坏主要考虑薄膜电阻和附着力这两个技术指标，而此二者与溅射气压、溅射功率关系密切，尤其是溅射气压。一般高气压溅射的Mo薄膜附着力好，但是电阻往往比较高；而低气压溅射的薄膜电阻比较低，但附着力较差。为此，常见的Mo电极为双层Mo电极，即首先采用高气压溅射一层附着力较强的内层Mo薄膜，再采用低气压溅射一层电阻较低的外层Mo薄膜，从而兼顾附着力和导电性两方面因素，达到实际应用要求。但是，在实际CIGS薄膜电池生产中，仅仅采用高气压溅射的玻璃附着力还是不是十分理想，经常会出现脱落、起皮等现象。这主要是由于Mo晶格和玻璃表面SiO2之间匹配较差，进而导致附着力较差，最后表现为大面积的针孔现象。此外，为了制备高质量的CIGS薄膜电池器件，所溅射制备的Mo电极还需为后续生长的CIGS光吸收层提供良好的生长基地。当Mo电极与CIGS层附着力较差时，CIGS电池在硒化过程中容易出现大面积CIGS吸收层从Mo表面脱落现象，导进而大大地提高了产品的次品率。

针对双层法存在的不足，目前主要通过改变工艺参数的方式进行改善，而有关采用三层Mo电极来改善Mo薄膜与玻璃基体、Mo薄膜与CIGS吸收层的附着力问题还未见公开报告。

发明内容

为了解决现有的Mo薄膜中Mo层和玻璃衬底之间晶格失配的问题，本发明提出了一种铜铟镓硒太阳电池背电极Mo薄膜及其制备工艺，在玻璃衬底和Mo层之间添加Mo氧化层，与玻璃衬底附着力好又便于CIGS吸收层生长。

本发明所采用的技术方案是：一种铜铟镓硒太阳电池背电极Mo薄膜，包括玻璃衬底、Mo氧化层、内层Mo薄膜和外层Mo薄膜，所述的Mo氧化层贴合在玻璃衬底上，所述的内层Mo薄膜贴合在Mo氧化层上，所述的外层Mo薄膜贴合在内层Mo薄膜上。

作为优选，所述Mo氧化层的成分为MoO₂或MoO₃或Mo₄O₁₁。所述的Mo氧化层、内层Mo薄膜和外层Mo薄膜呈鱼鳞状结构，适合CIGS吸收层生长，对玻璃的附着力极好。

本发明引入了过渡的Mo氧化层，在玻璃SiO2和钼氧化物之间，依靠氧离子的共价键合能力，提高二者的附着力。本发明不用增设钼氧化物靶材，不会增加额外的生产成本，仅仅通过在溅射过程中，在溅射氩气Ar气氛中引入氧气O₂，从而在原位生成钼氧化物薄层，达到提高薄膜和衬底附着力的目的。同时，为了解决Mo薄膜和CIGS光吸收层之间的粘附性问题，我们在第二层低气压溅射的光滑致密Mo层之上，通过增加第三层高气压溅射的粗糙Mo薄层，通过Mo柱状晶形成的鱼鳞状表面来增加与CIGS层之间的接触面积，在不显著增加Mo层方阻的前提之下，从而提高二者界面的附着力，实现CIGS薄膜与衬底材料之间的完美附着。

一种如权利要求1所述的铜铟镓硒太阳电池背电极Mo薄膜的制备工艺，包括如下步骤：

（1）制备Mo氧化层：将洗净的玻璃衬底放入磁控溅射腔中，磁控溅射腔内为气压小于1×10^-4Pa的真空状态，然后将玻璃衬底加热到200℃，烘烤10分钟；待玻璃衬底冷却到70℃以下，开始在玻璃衬底上溅射以形成Mo氧化层，溅射功率为250W至450W，溅射气压1.0至2.0Pa，气体为氩气和氧气体积比Ar:O₂为1:1至100:1的混合气体，溅射1至10分钟；

（2）制备Mo薄膜内层：在Mo氧化层上低气压溅射以形成Mo薄膜内层，气体为氩气，溅射功率为250W至450W，溅射气压0.1至0.5Pa，溅射时间为10至25分钟；