一種雙靶直流共濺射制備銅銦鎵硒吸收層的方法
【專利摘要】本發明屬于一種雙靶直流共濺射制備銅銦鎵硒吸收層的方法，包括以下步驟：①提供基底，共濺射CuGa合金靶和In靶，制備銅銦鎵預制層，共濺射的工藝條件為：本底真空為4~5×10?4Pa，工作壓強0.5~0.6 Pa，In靶的濺射功率為80 W，CuGa合金靶的濺射功率為25 W，濺射時間35~40 min；②將銅銦鎵預制層放入快速退火爐中，20~25s內升溫至545~550℃，545~550℃下硒化30~35 min，自然冷卻至室溫，即可得到銅銦鎵硒吸收層。該發明將所制備的CIG預制層在特定的真空條件下進行快速退火硒化處理，即可得到電池級的、高質量的CIGS吸收層薄膜。
【專利說明】
一種雙靶直流共濺射制備銅銦鎵砸吸收層的方法
技術領域
[0001]本發明屬于光電功能材料技術領域，具體涉及一種雙靶直流共濺射制備銅銦鎵砸吸收層的方法。
【背景技術】
[0002]近年來，光伏行業的發展趨勢是發展薄膜太陽能電池，因為它具有節省材料、運輸成本低且生產速率高的優點。其中，銅銦砸(CIS)/銅銦鎵砸(CIGS)為吸收層的薄膜太陽電池因其具有高效率、穩定性高的特點，有望成為新一代太陽電池的主流產品之一，CIGS是在CIS的基礎上發展起來相同體系的太陽能電池，通過適量的Ga取代In，成為CuIm-xGaxSe2多晶固溶體，其禁帶寬度可以通過改變In和Ga的比例來調整。
[0003]CIGS吸收層的制備方法主要有真空蒸發法、金屬預制層砸化法、分子束外延技術、噴涂熱解法、磁控濺射法和電沉積方法等。其中真空共蒸發法在制備過程中可以有效地控制CIGS薄膜的成分。然而，蒸發法制備CIGS薄膜的工藝復雜、重復性較差、難以大面積構筑、反應速度慢、成本較高，因此不適合大規模工業化生產。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提供一種便于大面積獲取和工業化應用的雙靶直流共濺射制備銅銦鎵砸吸收層的方法。
[0005]為實現上述目的，本發明采用的技術方案是，一種雙靶直流共濺射制備銅銦鎵砸吸收層的方法，包括以下步驟:①提供基底，共濺射CuGa合金靶和In靶，制備銅銦鎵預制層，共濺射的工藝條件為:本底真空為4?5X 10—4Pa，工作壓強0.5-0.6 Pa，In靶的濺射功率為80W，CuGa合金靶的濺射功率為25 W，濺射時間35?40 min;②將銅銦鎵預制層放入快速退火爐中，20?25s內升溫至545?550°C，545?550°C下砸化30~35 min，自然冷卻至室溫，即可得到銅銦鎵砸吸收層。
[0006]所述CuGa合金革巴的原子數比為Cu:Ga=4:1。
[0007]優選的，步驟①中所用的基底為鍍鉬的鈉鈣玻璃基底。
[0008]本發明產生的有益效果是:本發明采用雙靶直流共濺射方法制備銅銦鎵(CIG)預制層，通過控制銦靶的濺射功率可以有效地控制CIG合金預制層中銦元素的含量，該發明為獲取符合化學計量比的銅銦鎵砸(CIGS)吸收層材料提供了一種簡便易行的方法;將所制備的CIG預制層在特定的真空條件下進行快速退火砸化處理，即可得到電池級的、高質量的CIGS吸收層薄膜，通過構筑完善的CIGS薄膜光伏器件，可得到>8%的光電轉換效率。該發明提供的完整的CIGS吸收層的濺射和砸化工藝為大規模工業化組配高效率CIGS薄膜光伏器件提供了新的途徑。
【附圖說明】
[0009]圖1為本實施例1制備的銅銦鎵預制層表面的SEM圖，表面呈現顆粒狀聚集； 圖2為實施例1制備的銅銦鎵預制層截面的SEM圖，厚度約為500 nm；
圖3為實施例1制備的銅銦鎵砸吸收層表面的SEM圖，呈現結晶良好的階梯狀形貌；
圖4為實施例1制備的銅銦鎵砸吸收層截面的SEM圖，厚度約為1.5 pm，結晶良好；
圖5為實施例1制備的銅銦鎵砸吸收層的拉曼光譜曲線圖；
圖6為實施例1制備的CIGS薄膜太陽能電池的J-V曲線圖。
【具體實施方式】
[0010]下面結合具體實施例對本發明作進一步說明，但本發明的保護范圍不限于此。
[0011]實施例1
一種雙靶直流共濺射制備銅銦鎵砸吸收層的方法，包括以下步驟:①提供鍍鉬的鈉鈣玻璃基底，直流共濺射CuGa合金靶和In靶制備銅銦鎵預制層，本底真空為4 X 10—4Pa，工作氣體為高純氬氣(99.999%)，工作壓強0.5 Pa，In靶的濺射功率為80 W，CuGa合金靶的濺射功率為25 W，濺射時間40 min;②將銅銦鎵預制層放入快速退火爐中，用固態砸粉和密封石墨盒在爐體壓強為60 mtorr(毫托)真空下對銅銦鎵預制層進行砸化處理，20s內升溫至550°C，550°C下砸化30 min，自然冷卻至室溫，即可得到厚度為500 nm的銅銦鎵砸吸收層。
[0012]所述CuGa合金革巴的原子數比為Cu:Ga=4:1。
[0013]將實施例1制備得到的銅銦鎵砸薄膜上用使用化學浴沉積的方法沉積一層硫化鎘薄膜，然后磁控濺射法沉積ZnO和ITO薄膜，最后將樣品放入掩模板中，采用真空蒸鍍的方法蒸上一層Ag電極，得到CIGS太陽能薄膜電池(這些方法都是現有技術，在此不再贅述)。
[0014]實施例1制備的銅銦鎵砸吸收層的拉曼光譜曲線圖如圖5所示，由圖可以看出主峰在173cm—1處顯現出較強的CIGS特征峰，且在262cm—1處沒有Cu2-xSe的特征峰，表明我們制備的吸收層中沒有有害二元相的生成，只有純黃銅礦相結構的CIGS存在。實施例1制備的CIGS薄膜太陽能電池的J-V曲線圖如圖6所示，從圖6可以看出，制得的CIGS太陽能薄膜電池效率為8.5550%。
[0015]實施例2
一種雙靶直流共濺射制備銅銦鎵砸吸收層的方法，包括以下步驟:①提供鍍鉬的鈉鈣玻璃基底，直流共濺射CuGa合金靶和In靶制備銅銦鎵預制層，本底真空為4 X 10—4Pa，工作氣體為高純氬氣(99.999%)，工作壓強0.5 Pa，In靶的濺射功率為80 W，CuGa合金靶的濺射功率為25 W，濺射時間40 min;②將銅銦鎵預制層放入快速退火爐中，用固態砸粉和密封石墨盒在爐體壓強為60 mtorr(毫托)真空下對銅銦鎵預制層進行砸化處理，25s內升溫至545°C，545°C下砸化35 min,自然冷卻至室溫，即可得到厚度為500 nm的銅銦鎵砸吸收層。
[0016]所述CuGa合金革巴的原子數比為Cu:Ga=4:1。
[0017]實施例3
一種雙靶直流共濺射制備銅銦鎵砸吸收層的方法，包括以下步驟:①提供鍍鉬的鈉鈣玻璃基底，直流共濺射CuGa合金靶和In靶制備銅銦鎵預制層，本底真空為5 X 10—4Pa，工作氣體為高純氬氣(99.999%)，工作壓強0.5 Pa，In靶的濺射功率為80 W，CuGa合金靶的濺射功率為25 W，濺射時間40 min;②將銅銦鎵預制層放入快速退火爐中，用固態砸粉和密封石墨盒在爐體壓強為60 mtorr(毫托)真空下對銅銦鎵預制層進行砸化處理，20s內升溫至550°C，550°C下砸化30 min，自然冷卻至室溫，即可得到厚度為500 nm的銅銦鎵砸吸收層。 [OO18] 所述CuGa合金革巴的原子數比為Cu:Ga=4:1。
【主權項】
1.一種雙靶直流共濺射制備銅銦鎵砸吸收層的方法，其特征在于，包括以下步驟:①提供基底，共濺射CuGa合金靶和In靶，制備銅銦鎵預制層，共濺射的工藝條件為:本底真空為4?5X 10—4Pa，工作壓強0.5?0.6 Pa，In靶的濺射功率為80 W，CuGa合金靶的濺射功率為25 W，濺射時間35?40 min;②將銅銦鎵預制層放入快速退火爐中，20?25s內升溫至545?550°C，545?550°C下砸化30~35 min，自然冷卻至室溫，即可得到銅銦鎵砸吸收層。2.如權利要求2所述雙靶直流共濺射制備銅銦鎵砸吸收層的方法，其特征在于:所述CuGa合金革El的原子數比為Cu:Ga=4:1。3.如權利要求1所述雙靶直流共濺射制備銅銦鎵砸吸收層的方法，其特征在于:步驟①中所用的基底為鍍鉬的鈉鈣玻璃基底。
【文檔編號】H01L31/18GK105870254SQ201610266729
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月27日
【發明人】杜祖亮, 程軻, 薛明
【申請人】河南大學