專(zhuān)利名稱(chēng)：一種銅銦鎵硒薄膜太陽(yáng)能電池緩沖層材料制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種以磁控濺射鍍膜技術(shù)制備銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽(yáng)能電池緩沖層材料的方法。該緩沖層材料為硫化鋅、氧化鋅復(fù)合薄膜。
背景技術(shù)：
太陽(yáng)電池是一種根據(jù)光伏(Photovoltaic. PV)效應(yīng)而將太陽(yáng)光能直接轉(zhuǎn)化為電能的半導(dǎo)體功能器件。銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽(yáng)電池因具有光吸收率高、禁帶寬度可調(diào)、 抗輻射能力強(qiáng)、制造成本低、電池性能穩(wěn)定、轉(zhuǎn)換效率高等特點(diǎn)而被人們稱(chēng)為最有前景的光伏電池器件。CIGS薄膜太陽(yáng)電池是在玻璃或其他廉價(jià)襯底上分別沉積多層薄膜而構(gòu)成的光伏器件，其結(jié)構(gòu)為光一金屬柵狀電極/減反射膜/窗口層/過(guò)渡層/光吸收層/金屬背電極/玻璃襯底。目前的高效的銅銦鎵硒電池主要采用硫化鎘為緩沖層，其效率最新報(bào)道可達(dá)20%以上。但是硫化鎘的最大問(wèn)題是有毒，有悖于環(huán)保理念。硫化鎘的替代物目前多采用硫化鋅，但是硫化鋅的晶格常數(shù)偏小，導(dǎo)致界面處晶格失配較為嚴(yán)重，從而導(dǎo)致界面質(zhì)量下降，電池效率降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種復(fù)合材料作為緩沖層，有效地解決銅銦鎵硒太陽(yáng)能薄膜電池界面晶格失配問(wèn)題。先采用硫化鋅，然后摻入氧化鋅，對(duì)晶格常數(shù)進(jìn)行調(diào)整，降低銅銦鎵硒與氧化鋅之間的晶格失配。本發(fā)明涉及到采用ZnS靶(源)，ZnO靶(源)，采用磁控濺射，并通過(guò)后期熱處理， 得到較好的ZnSxCVx晶體結(jié)構(gòu)。具體的制備方法如下(I)基片的準(zhǔn)備基片、基片托分別用丙酮超聲洗20min,酒精超聲洗20min,然后用去離子水洗10 分鐘。在超凈室里用熱吹風(fēng)烘干后，迅速放入真空室。(2)抽真空濺射腔用真空泵組抽本底真空抽至2X 10_6Pa，工作氣體為99. 999%的高純Ar氣， 調(diào)濺射室氣壓至O. 15Pa至2Pa間鍍膜。(3)沉積 ZnS 與 ZnSxCVx 薄膜在O. 15-2Pa濺射氣壓下，濺射功率為100-250W，采用射頻濺射沉積20_40nm的 ZnS薄膜，然后采用射頻共濺射ZnS與ZnO靶，在O. 15_2Pa濺射氣壓下，功率為100-250W， 制備 80-120nm 的 ZnSxCVx 薄膜。(4)對(duì)樣品進(jìn)行后熱處理對(duì)制備的薄膜進(jìn)行350-450度O. 5-2小時(shí)的退火處理。(5)停機(jī)，待基片溫度降至室溫時(shí)取出樣品本發(fā)明所提供的制備CIGS太陽(yáng)能電池緩沖層的方法，具有工藝簡(jiǎn)單、薄膜沉積速率快、無(wú)污染、薄膜結(jié)晶性好等特點(diǎn)，在CIGS太陽(yáng)薄膜電池、半導(dǎo)體光電器件等領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用價(jià)值。本發(fā)明對(duì)降低CIGS太陽(yáng)薄膜電池的制備成本、減少CIGS吸收層與緩沖層晶格失配率、提高其光電轉(zhuǎn)化效率等方面具有很大的應(yīng)用潛力。實(shí)施方案實(shí)施例I(I)基片、基片托分別用丙酮超聲洗20min，酒精超聲洗20min，然后用去離子水洗 10分鐘。在超凈室里用熱吹風(fēng)烘干后，迅速放入真空室。(2)濺射腔抽真空抽至2X 10_6Pa，通入高純Ar氣，調(diào)氣壓至O. 5Pa。(3)在O. 5Pa濺射氣壓下，濺射功率為100W，采用射頻濺射鍍20nm的ZnS薄膜，然后采用射頻共濺射ZnS與ZnO靶材，在O. 5Pa濺射氣壓下，功率為100W，制備80nm的ZnSxCVx 薄膜。(4)對(duì)制備的薄膜以350度進(jìn)行O. 5小時(shí)的退火處理。實(shí)施例2(I)基片、基片托分別用丙酮超聲洗20min，酒精超聲洗20min，然后用去離子水洗 10分鐘。在超凈室里用熱吹風(fēng)烘干后，迅速放入真空室。(2)濺射腔抽真空抽至2X 10_6Pa，通入高純Ar氣，調(diào)氣壓至2Pa。(3)在2Pa濺射氣壓下，濺射功率為250W，采用射頻濺射鍍40nm的ZnS薄膜，然后采用射頻共濺射ZnS與ZnO靶材，在2Pa濺射氣壓下，功率為250W，制備120nm的ZnSxCVx薄膜。(5)對(duì)制備的薄膜以450度進(jìn)行2小時(shí)的退火處理。
權(quán)利要求
1.采用ZnS與ZnO靶材制備ZnS與ZnSxCVx薄膜。
2.通過(guò)射頻共濺射制備ZnS與ZnSxCVx薄膜，濺射氣壓為O.15_2Pa， 100-250W, ZnS 薄膜厚度為 20_40nm，ZnSxCVx 薄膜厚度為 80_120nm。
3.對(duì)ZnS與ZnSxCVx薄膜進(jìn)行后期熱處理，溫度為350-450度，時(shí)間為O. 濺射功率為 5-2小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明所提供一種制備銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽(yáng)能電池緩沖層材料的方法，該方法特征是采用ZnS靶(源)和ZnO靶(源)通過(guò)磁控濺射制備ZnSxO1-x薄膜材料，具有工藝簡(jiǎn)單、薄膜沉積速率快、無(wú)污染、薄膜結(jié)晶性好等特點(diǎn)。采用ZnSxO1-x薄膜材料作為CIGS薄膜太陽(yáng)能電池的緩沖層材料，能夠有效降低電池的制備成本、減少吸收層與緩沖層晶格失配率、提高其光電轉(zhuǎn)化效率等。
文檔編號(hào)H01L31/18GK102610690SQ20111002599
公開(kāi)日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2011年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月19日
發(fā)明者夏存軍, 宋桂林, 尤天友, 常方高, 李苗苗, 李超, 楊海剛, 王天興 申請(qǐng)人:河南師范大學(xué)