[发明专利]一种制备CIGS薄膜的前驱层CIG的多步溅射工艺

说明书

技术领域

本发明涉及到一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池器件CIGS吸收层的制备方法，尤其涉及CIGS薄膜的前驱层CIG的制备溅射工艺，属于光伏薄膜溅射制备领域。

背景技术

铜铟镓硒（CuInGaSe₂简写CIGS）类为代表的新一代薄膜电池，由于吸收率高、带隙可调、转换率高，弱光性好、性能稳定，以及抗辐射能力强等优点，而被大家认为明日之明星。并是将来取代第一代电池硅电池的必须品，因此已经成为当前国际光伏界的研究热点。近年来，在器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、全球太阳能GSE、日本本田Honda、德国伍尔特Wurth Solar等全球近50家公司机构投入巨额财力和人力进行研发与生产，在2013产能都能达到GW级别，呈现处良好的发展趋势。

目前此电池在实验室的最高转换效率达到20.3%，但是在量产线上才达到14.6%，由于CIGS层制备的稳定性导致量产的CIGS良品率以及转换效率都较低。再次加上制备In原材料成本比较高，In制备在量产线上问题重重，如nodule、打弧、工艺不稳定，导致制备成本高、浪费严重，良品率低，电池的转换效率低，产量低等问题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种制备CIGS薄膜的前驱层CIG的多步溅射工艺的方法，其采用合金靶材InCu，溅射沉积InCu层薄膜代替In层薄膜，解决了In溅射出现nodule、打弧、溅射速率低、工艺不稳定等问题，实现溅射速率高、工艺问题、没有nodule、降低打弧现象。

为实现上述发明，本发明一种制备CIGS薄膜的前驱层CIG的多步溅射工艺的方法，采用磁控溅射设备在普通基板玻璃上，采用金属靶材Mo溅射背电极Mo层、合金靶材CuGa和InCu溅射CIG前驱层、蒸发涂布Se，热处理Cu、Ga、In、Se四种元素结晶得到高性能的光电薄膜CIGS。所述溅射CIG前驱层，是采用合金靶材InCu替换金属In溅射沉积，结合CuGa靶材进行双合金靶材共溅射方法或者交替多层溅射方法制备，从而避免In溅射出现nodlue和打火问题，导致CIG薄膜出现黑点、针孔、溅射不稳定的现象。本发明具体采用如下方案：

所述溅射背电极Mo层，制备工艺是先在玻璃基板上溅射背电极Mo层，制备工艺包含采用纯金属Mo靶材，通入惰性气体Ar为工艺气体，电源为直流电源，采用磁控溅射装置在玻璃基板上，在沉积背电极层Mo；所述金属Mo层通过磁控溅射沉积得到，沉积时基板的温度为100-200℃。

所述溅射制备前驱层CIG层，制备工艺包含采用合金靶材CuGa和InCu，通入惰性气体Ar为工艺气体，电源为直流电源或者直流脉冲电源，采用磁控溅射装置在镀有Mo背电极的玻璃基板上，在沉积前驱层CIG层，其中沉积工艺为CuGa溅射沉积层与InCu溅射沉积层顺序以及每层薄膜沉积的厚度变化多步骤多层的沉积方式。

所述多步骤多层沉积方式，其特征在于： 多步骤多层沉积方式至少是CuGa薄膜沉积与InCu薄膜沉积为交替的形式，沉积的层数为3-10层，每层薄膜的厚度不同。或者是InCu和CuGa薄膜溅射采用共溅射的方式，溅射为连续溅射共溅射、交替断续溅射、共溅射与交替断续溅射混合使用的方式。

所述溅射制备前驱层CIG层，其特征在于：所述溅射制备前驱层CIG层，沉积时基板的温度小于100℃，其溅射的工作气压控制在0.1-0.5Pa之间。

所述蒸发涂布Se层，制备工艺包含采用纯金属Se颗粒材料，在真空蒸发装置里面，蒸发源在蒸发腔体的下方位置部分，基板在蒸发源的上面，在真空度为1E-2Pa~1E-1Pa之间，用直流电源加热金属Se颗粒，使其Se蒸发变成Se蒸汽，Se蒸汽从下向上蒸发涂布与制备好前驱层CIG的基板上。

所述蒸发沉积Se层，其特征在于：蒸发沉积Se层，沉积时基板的温度小于80℃。

所述四种元素Cu、Ga、In、Se高温热处理，制备工艺包含，将制备好Mo、CIG、Se层的基板，在高温热处理设备进行升温处理并降温，该温度从常温升至550摄氏度；经过升温、持温、降温三个环节，薄膜太阳能电池的吸收层CIGS制备完成。