[发明专利]一种柔性不锈钢衬底上CIGS吸收层的Na掺杂方法

说明书

一、技术领域

本发明专利涉及光伏器件CIGS薄膜太阳电池的制备工艺，尤其涉及柔性不锈钢衬底上吸收层CIGS的Na掺杂方法。 

二、背景技术

Cu(InGa)Se₂(CIGS)薄膜太阳电池是转换率最高的薄膜光伏技术，最近，已在玻璃衬底上获得了实验室级的，转换效率20.3％的Cu(InGa)Se₂(CIGS)太阳电池。轻质的柔性CIGS薄膜太阳电池组件不仅拓宽了太阳电池在地面应用的范围，同时由于其便于使用卷对卷工艺，而使其发电成本降低。 

高转换率黄铜矿CIGS薄膜太阳电池要求CIGS吸收层中掺入0.1％的Na。在CIGS吸收层的生长温度下，Na从钠钙玻璃衬底扩散出来，通过Mo背接触层进入正在生长的CIGS层。Na对CIGS层电子和结构方面的影响如下：1)改进CIGS膜的生长，2)掺入CIGS晶格，形成NaInSe₂，3)使晶粒边界的施主型缺陷In_Cu钝化成Na_Cn，4)由于Na的扩散伴随着O的扩散，扩散到施主型的V_Se，形成中性的O_Se，从而使净受主缺陷增多，P型导电性增强，光生载流子复合减少，光生电流增强。柔性太阳电池优先选择的衬底是金属和聚酰亚胺箔，其中不含有对CIGS低温生长重要的Na，因此为了优化这些无Na衬底上太阳电池的性能，需要在CIGS层的最佳部位，加入的最佳量的Na。当前Na的掺杂方式为沉积Na的预置层。Na预置层的沉积位置有，Mo沉积前的衬底表面，沉积掺Na的Mo，在Mo层表面，三步共蒸发法的第一，二、生长期间或结束后沉积预置层。由于Na可阻止Cu、In、Ga的扩散而使Mo层的生长发生改变。由于上述几种Na预置层的沉积部位和时机，使得掺入的Na参与了CIGS膜层生长，当Na参入量较大时容易生成晶粒较小，取向度较差的膜层，同时占据Cu晶格位的Na原子增多，而使Mo层的P型导电性减弱，晶粒边界处光生载流子复合增强，光生载流子减小，致使太阳电池的光电转换率不高。在这里我们根据Na对Cu、In、Ga的扩散的阻碍和对边界缺陷的钝化作用，提出了在三步共蒸发生长CIGS吸收层的第三步生长结束后，在低温下蒸发沉积Na预置层，再在较高温度下退火，使其扩散到晶粒表面和边界处，为制备高光电转换效率的CIGS太阳电池提供了可能。 

三、发明内容

对当前Na预置层沉积部位和时机带来的不利影响，本Na掺杂方法要解决的问题是如 何避免Na对CIGS膜层生长的不利影响，充分发挥其增强P型导电作用的问题，并提出了在CIGS太阳电池制备工艺的Na预置层，Na预置层的沉积及其沉积后处理的方法。 

为解决上述问题，本Na的掺杂方法采用如下技术方案： 

一种新的Na掺杂方法：其包括：充分抑制Na对Cu、In、Ga的扩散的阻碍作用，使CIGS膜层由垂直于界面取向的的柱状大晶粒致密的堆积而成，这样可使少数载流子的迁移率较大，从而获得较高的载流子迁移率；尽可能钝化粒表面和边界处的施主缺陷In_Cu和V_Se，使CIGS膜层的P型导电性增强，多数载流子的界面复合减小，短路电流增加；通过退火是少数Na原子扩散进晶粒，使晶粒内的Ga向表面析出，表面的Ga浓度增加，有利于开路电压和CIGS膜层吸收光子的范围增加。 

优选的，所述的抑制Na对Cu、In、Ga的扩散的阻碍作用，其采用在三步共蒸发法沉积CIGS吸收层的第三步结束后沉积Na预置层。 

优选的，预置层的沉积方法为蒸发沉积 

优选的，预置层的衬底温度为80℃ 

优选的，预置层的趁机厚度为25nm 

优选的，所述的尽可能钝化粒表面和边界处的施主缺陷In_Cu和V_Se，其采用预置层沉积后高温退火。 

优选的，退火温度为480℃。 

优选的，退火时间为20min。 

优选的，退火气氛为Se气氛下。 

优选的，Na预置层材料Na₂S 

四、具体实施方式

柔性不锈钢衬底上CIGS吸收层Na的掺杂方法的具体实施介绍如下 

柔性CIGS吸收层池Na的掺杂工艺如下： 

三步共蒸发法沉积CIGS吸收层第三步生长结束后沉积Na的预制层Na₂S膜层。Na预制层的沉积工艺：在三步共蒸发法第三步生长结束后，衬底温度在Se气氛下降低至300℃，关闭Se蒸发源，使衬底温度继续降低，直至＜100℃的80℃时，蒸发沉积25nm厚的Na₂S膜层，沉积结束后，在H₂S气氛中使衬底升温到480℃，并在此温度下对样品退火20min。