[发明专利]一种离子共掺的铜基吸收层薄膜和太阳电池及其制备方法

权利要求书

1.一种离子共掺的铜基吸收层薄膜的制备方法，其特征在于，包括：

1)首先在Mo正电极上采用磁控溅射的方法顺序溅射M2/M1/M3/M1金属预置层，金属M2采用直流电源恒电流溅射，电流为110mA，溅射时间为11.5min，工作气压为0.4Pa；第一层M1金属采用直流电源恒功率溅射，功率为85W，溅射时间为4.5min，工作气压为1Pa；金属M3采用直流电源恒功率溅射，功率为26W，溅射时间为22min，工作气压为0.4Pa；第二层M1金属采用直流电源恒功率溅射，功率为80W，溅射时间为5min，工作气压为1Pa；

2)然后将步骤1)得到的金属预置层放置在硒化掺杂处理系统的衬底位置，所述硒化掺杂处理系统包括位于最底层的硒蒸发源和位于硒蒸发源上方的热裂解管道，热裂解管道由12厘米长的Mo桶构成；热裂解管道上端口进入上方设置的保温壳，保温壳上方开口处固定有样品架，样品架上方为由Mo丝缠绕而成的衬底加热器；在石墨小盒中放入碱金属硫化物M4S晶体，而该石墨小盒被放置于保温壳内；

由步骤1)得到的金属预置层在Ar气氛下300℃退火15min时，保温壳和石墨小盒被升温到450℃，持续加热碱金属硫化物M4S材料并使其蒸发直到硒化处理过程结束，以进行碱金属和硫离子的共掺杂，再在X的气氛下560℃退火12min得到碱金属和硫离子共掺的铜基吸收层薄膜；所述铜基吸收层薄膜包括具有M1、M2、M3、M4、X及其组合的化合物，其中，M1是铜(Cu)、银(Ag)或其组合，M2是铟(In)、铝(Al)、锌(Zn)或其组合，M3是镓(Ga)、锗(Ge)、锡(Sn)或其组合，M4是锂(Li)、钠(Na)、钾(K)或其组合，并且X是硒(Se)、硫(S)或其组合。

2.根据权利要求1所述的离子共掺的铜基吸收层薄膜的制备方法，其特征在于，所述碱金属硫化物M4S晶体的含量为10mg-20mg，碱金属硫化物M4S晶体的蒸发温度为450℃。

3.根据权利要求1所述的离子共掺的铜基吸收层薄膜的制备方法，其特征在于，所述铜基吸收层薄膜的厚度为0.4～3μm。

4.一种离子共掺的铜基吸收层薄膜，其特征在于，由权利要求1～3任一项所述的制备方法制备得到。

5.一种离子共掺的铜基薄膜太阳电池，其特征在于，所述铜基薄膜太阳电池的吸收层为权利要求4所述的铜基吸收层薄膜。

6.根据权利要求5所述的离子共掺的铜基薄膜太阳电池，其特征在于，包括依次层叠设置的衬底、正电极、吸收层、缓冲层、窗口层和顶电极。

7.根据权利要求6所述的离子共掺的铜基薄膜太阳电池，其特征在于，所述衬底的材料为钠钙玻璃、无钠玻璃或石英玻璃，正电极材料为金属Mo；

所述缓冲层的材料为CdS、ZnS、(Cd,Zn)S、Zn(O,S)或In₂S₃；

所述窗口层包括依次层叠设置的本征氧化锌层和掺杂氧化锌层；

所述顶电极的材料为铝或镍铝合金。

8.根据权利要求7所述的离子共掺的铜基薄膜太阳电池，其特征在于，所述正电极为在衬底上制备的Mo金属电极；正电极的厚度为1～2μm；

吸收层的厚度为0.4～3μm；

所述缓冲层的厚度为30～100nm；

所述窗口层中的本征氧化锌层的厚度为30～150nm；

所述窗口层中的掺杂氧化锌层的厚度为300～1500nm；

所述顶电极的厚度为0.5～4μm。

9.一种离子共掺的铜基薄膜太阳电池的制备方法，其特征在于，包括衬底；在所述衬底上形成正电极；根据权利要求1～3任一项所述的制备方法制备铜基薄膜太阳电池的吸收层；在所述吸收层上形成缓冲层；在所述缓冲层上形成窗口层；在所述窗口层上形成顶电极。