[发明专利]一种氯化物体系两步法制备铜铟硒光电薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明属于太阳能电池用光电薄膜制备技术领域，尤其涉及一种氯化物体系两步法制备铜铟硒光电薄膜的方法。

背景技术

随着社会和经济的发展，能源紧缺及消费能源带来的污染已成为国内社会发展中的突出问题，煤炭、石油等为不可再生资源，因此开发利用清洁可再生能源对保护环境、保证经济可持续发展和构筑和谐社会都有重要的意义。光伏发电具有安全可靠、无噪声、无污染、制约少、故障率低、维护简便等优点，可以利用太阳能这种清洁、安全和环保的可再生能源，因此近几十年来太阳能电池的研究和开发日益受到重视。

铜铟硒薄膜太阳电池目前可以认为是最有发展前景的薄膜电池，这是因为其吸收层材料CuInSe₂具有一系列的优点：(1)在CuInSe₂基础上掺杂其它元素，如使Ga或Al部分取代In原子，用S部分取代Se即制备成Cu(In_1-xGa_x)Se₂，Cu(In_1-xGa_x)(Se_2-yS_y)，Cu(In_1-xAl_x)(Se_2-xS_x)，其晶体结构仍然是黄铜矿。改变其中Ga/(Ga+In)等的原子比，可以使其禁带宽度在1.04~1.72eV之间变化，包含高效率吸收太阳光的带隙范围1.4~1.6eV；(2)CuInSe₂、Cu(In_1-xGa_x)Se₂是直接带隙的半导体材料，对太阳光谱响应特性非常大，它的吸收系数很高，光吸收率高达1~6×10⁵cm^-1，因而电池中所需CuInSe₂、Cu(In_1-xGa_x)Se₂薄膜厚度很小，约2μm，最适于太阳电池薄膜化；(3)化学计量比CuInSe₂的光量子效率高；(4)高的光电转换效率；(5)在较宽成分范围内电阻率都较小；(6)抗辐射能力强，没有光致衰减效应，因而使用寿命长；(7)Cu(In_1-xGa_x)Se₂系电池容易做成多结系统。在4个结电池中，从光线入射方向按禁带宽度由大到小顺序排列，这时的理论转换效率极限可以超过50％。(8)P型CIGS材料的晶格结构与电子亲和力都能跟普通N型窗口材料(如CdS、ZnO)匹配。

目前处于先进水平的Cu(In_1-xGa_x)Se₂光伏吸收材料都是在真空条件下沉积制备的，主要有真空蒸镀法和(铜铟合金膜)溅射—硒化法。CuInSe₂基吸收层的生产需要采用沉积合金层的昂贵的真空技术。真空技术中操作复杂难度大，所得薄膜也不均匀。另外含有硒化的工艺中薄膜也不均匀，难以控制各组分的化学计量比，其中H₂Se和Se的毒气污染环境和危害操作人员。

与前面所述方法一样，其它方法也有不同的缺陷。与本发明相关的还有如下文献：

[1]M.Valdés,M.Vázquez,A.Goossens,ElectrodepositionofCuInSe₂andIn₂Se₃onflatandnanoporousTiO₂substrates,ElectrochimicaActa54(2008)524–529.

主要描述了用电沉积法分别制备In₂Se₃和CuInSe₂薄膜，并对其性能进行了表征。

[2]AmolC.Badgujar,SanjayR.Dhage,ShrikantV.Joshi,Processparameterimpactonpropertiesofsputteredlarge-areaMobilayersforCIGSthinfilmsolarcellapplications,ThinSolidFilms589(2015)79–84.

主要描述了用溅射法制备溅射CIGS,并研究了溅射工艺参数对其性能的影响。