[发明专利]一种掺钾柔性铜铟镓硒薄膜太阳能电池的制备方法

说明书

本发明涉及一种掺钾柔性铜铟镓硒薄膜太阳能电池的制备方法，属于表面工程技术领域。本发明主要是利用离子束硒化磁控溅射一步法实现在较低温度下生成平整、致密、均匀的高质量CIGS吸收层，降低了CIGS吸收层制备温度，并且简化了CIGS吸收层制备工艺；而且在生长CIGS吸收层前，先制备氟化钾预置层，实现对CIGS吸收层进行钾掺杂，有利于改善CIGS吸收层的电学性能，本发明所述方法实现了高转换效率的柔性CIGS太阳能电池的制备。

技术领域

本发明涉及一种掺钾柔性铜铟镓硒薄膜太阳能电池的制备方法，属于表面工程技术领域。

背景技术

随着空间、近空间飞行器、无人机以及地面军事智能化装备的发展，其能源供给系统对太阳能电池提出了诸多新的要求，如：轻质、高效以及强的抗辐射能力等。柔性铜铟镓硒薄膜太阳能电池因其高的光电转换效率、强的抗辐射能力、稳定的电池性能、好的弱光特性以及低的制造成本成为当今光伏领域研究的热点，被认为是最有发展前途的太阳能电池之一。

铜铟镓硒薄膜太阳能电池一般由柔性聚酰亚胺基底、背电极、铜铟镓硒(CIGS)吸收层、缓冲层、透明窗口层以及上电极几个部分组成。其中，对于铜铟镓硒薄膜太阳能电池的核心膜层铜铟镓硒(CIGS)吸收层的制备有多种工艺技术和方法，最常用的有三步共蒸发法和CuInGa合金薄膜预溅射后硒化法。其中，多元三步共蒸发法要求在薄膜沉积过程中必需保持硒量充足，同时基底温度必需保持在400℃～600℃；而CuInGa合金薄膜预溅射后硒化法必需经过硒化工艺，硒化温度在550℃左右。采用上述两种方法制备CIGS吸收层时，基底都要承受400℃～600℃的高温，以保证CIGS吸收层中完整的硒化，使CIGS吸收层具有好的成分和组织结构，但是此温度高于聚酰亚胺基底的耐受温度，因此必须开发新的低温技术以实现在聚酰亚胺基底上进行高质量CIGS吸收层的低温沉积。

发明内容

为了降低CIGS薄膜太阳能电池核心膜层CIGS吸收层的制备温度，以及提升CIGS吸收层的电学性能，本发明提供了一种掺钾柔性CIGS薄膜太阳能电池的制备方法，利用离子束硒化磁控溅射一步法实现聚酰亚胺基底上高质量CIGS吸收层的制备，降低了CIGS吸收层制备温度，并且简化了CIGS吸收层制备工艺；而且在生长CIGS吸收层前，先制备氟化钾预置层，实现对CIGS吸收层进行钾掺杂，提升CIGS吸收层的电学性能。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种掺钾柔性CIGS薄膜太阳能电池的制备方法，所述方法步骤如下：

(1)先在基底上制备背电极，再将沉积背电极后的基底置于压强不大于2×10^-3Pa的真空室中，使基底的温度达到200℃～300℃以及KaF蒸发源的温度达到820℃～850℃时，蒸发1min～2min，在背电极上形成KaF预置层；

(2)将沉积KaF预置层后的基底加热至250℃～350℃后，进行磁控溅射，同时利用离子源产生的Se离子束进行硒化反应，磁控溅射以及硒化反应30min～3h，在KaF预置层上形成CIGS中间层；

其中，离子源与磁控溅射靶之间的距离为5cm～10cm，产生Se蒸气的Se蒸发器的工作温度175℃～190℃，进入离子源的等离子体腔中的Se蒸气和氩气混合气体中，Se蒸气的流量为4sccm～9sccm，Se蒸气的体积分数为30％～50％，离子束电压100V～400V，离子束电流0.25A～1.2A；

磁控溅射靶为CuGa合金靶和In靶时，溅射功率50W～150W，工作气压0.4Pa～1.5Pa；

磁控溅射靶为CuGa合金靶和CuIn合金靶时，溅射功率70W～100W，工作气压0.8Pa～1.5Pa；

磁控溅射靶为CuInGa合金靶时，溅射功率80W～150W，工作气压0.1Pa～2.0Pa；