專利名稱：Cigs太陽能光伏電池制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及太陽能光伏電池技術領域，具體涉及一種CIGS (銅銦鎵硒)太陽能光伏電池制備方法。
背景技術：
目前，國家大力倡導發(fā)展綠色可再生能源，基于CIGS的太陽能光伏電池是其中一種，具有諸多優(yōu)點最高太陽能光伏薄膜電池光電轉(zhuǎn)換效率；優(yōu)異的穩(wěn)定性和正常工作壽命；容易低成本大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)。CIGS電池的光電轉(zhuǎn)換效率與電池的制備方法密切相關。現(xiàn)有的制備方法一方面原材料耗費量大，生產(chǎn)成本高；另一方面電池的光電轉(zhuǎn)換效率低，可重復性差；而且，電池制備過程中使用有毒的鎘化合物，需要進行特殊處理。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種CIGS太陽能光伏電池制備方法，該電池的制備方法原料利用率高，產(chǎn)品性能好，可重復性佳。本發(fā)明的技術解決方案是該光伏電池制備方法包括以下步驟
(1)清洗玻璃基板將玻璃基板在堿液中浸泡，再用水清洗并用空氣或氮氣吹干；
(2)濺鍍鉬(Mo)金屬在磁控濺射設備中，以氬氣(Ar)為氣源、鉬金屬為靶源，在真空度下步驟1的玻璃基板上濺鍍一層鉬金屬薄膜作為背面電極；
(3)濺鍍銅(Cu)銦(In)鎵(Ga)合金在磁控濺射設備中，以氬氣為氣源、銅鎵合金和銦為靶源，在真空度下步驟2的鉬金屬鍍膜上繼續(xù)濺鍍一層銅銦鎵合金作為吸收層前體；
(4)硒(硫)化將步驟3的濺鍍了銅銦鎵合金和鉬金屬的玻璃基板放置在硒化爐中迅速升溫，先用氮氣稀釋的硒化氫^2Se)進行硒化，再換成氮氣稀釋的硫化氫(H2S)進行硫化，得到銅銦鎵硒硫化合物(CuhxGagkYSH)作為吸收層；
(5)化學浴沉積硫化鋅(ZnS)將步驟4的硒(硫)化后的玻璃基板浸泡在含有硫酸鋅 (ZnSO4)、硫脲(SC (NH2) 2)和氨水(NH3H2O)的水浴中，沉積硫化鋅作為緩沖層；
(6)濺鍍氧化鋅(ZnO)在磁控濺射設備中，以氬氣和氧氣為氣源、氧化鋅陶瓷靶為靶源，在真空度下步驟5的硫化鋅緩沖層上面真空磁控濺射鍍一層氧化鋅作為窗口層；
(7)濺鍍鋁雜氧化鋅(Al-SiO)在磁控濺射設備中，以氬氣和氧氣為氣源、氧化鋅陶瓷靶為靶源，在真空度下步驟6的氧化鋅窗口層上面真空磁控濺射鍍一層鋁雜氧化鋅作為正面透明電極。其中，步驟1的玻璃基板在質(zhì)量濃度5%氫氧化鉀(KOH)水溶液中60°C下浸泡15 分鐘。其中，步驟2的真空度為0. 5_2Pa，鉬金屬鍍膜厚0. 5-1. 5微米。其中，步驟3的真空度為0. 5_2Pa，銅銦鎵合金層厚1_2微米，銅銦鎵合金的組分控制為Cu/ (In+Ga) =0. 8-0. 9，Ga/ (In+Ga) =0. 2-0. 3。其中，步驟4的硒化爐迅速升溫至450°C，氮氣稀釋的硒化氫(Hje)中含10%體積的硒化氫(Hje)，硒化二十分鐘；步驟4的氮氣稀釋的硫化氫(H2S)中含10%體積的硫化氫 (H2S),硫化十分鐘。其中，步驟5中，將步驟4的玻璃基板浸泡在含有1. 4毫摩爾硫酸鋅(ZnS04)、140 毫摩爾硫脲(SC (NH2)2)和1摩爾氨水(NH3H2O)的水浴中，并在60_80°C下反應十五分鐘，沉積50-100納米厚硫化鋅作為緩沖層。其中，步驟6的真空度為0.5_2Pa，氣源中氬氣比氧氣為4比1，氧化鋅窗口層厚 50-100 納米。其中，步驟7的真空度為0. 5_2Pa，氣源中氬氣比氧氣為4比1，氧化鋅陶瓷靶中含 1%-2%質(zhì)量Al2O3，鋁雜氧化鋅正面透明電極厚0. 8-2微米。本發(fā)明具有以下優(yōu)點1、真空磁控濺鍍銅銦鎵金屬合金前體后采用氮氣稀釋硒 (硫)化氫進行硒(硫)化的制備方法原材料利用率高；2、真空磁控濺鍍銅銦鎵金屬合金前體后采用氮氣稀釋硒(硫)化氫進行硒(硫)化的工藝制備的電池化合物組分均勻，光電轉(zhuǎn)換效率高，且重復性好；3、采用硫化鋅作為緩沖層材料，避免使用有毒的鎘化合物。


圖1是本發(fā)明CIGS太陽能光伏電池結(jié)構示意圖。圖中1正面透明電極；2窗口層；3緩沖層；4吸收層；5背面電極；6玻璃基板。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明，這些實施例不能理解為是對技術方案的限制。實施例1 依以下步驟制備CIGS太陽能光伏電池
(1)清洗玻璃基板將玻璃基板在5%氫氧化鉀(KOH)水溶液中60°C下浸泡15分鐘，再用水清洗并用空氣吹干；
(2)濺鍍鉬(Mo)金屬在磁控濺射設備中，以氬氣(Ar)為氣源、鉬金屬為靶源，在氣壓為0. 5Pa的真空度下，在步驟1的玻璃基板上濺鍍一層0. 5微米厚鉬金屬薄膜作為背面電極；
(3)濺鍍銅(Cu)銦(In)鎵(Ga)合金在磁控濺射設備中，以氬氣為氣源、銅鎵合金 (Cu/Ga=4)和銦為靶源，在氣壓為0. 5Pa的真空度下，在步驟2的鉬金屬鍍膜上繼續(xù)濺鍍一層1. 0微米厚的銅銦鎵合金作為吸收層前體，合金的組分控制為Cu/an+Ga)=0. 8，Ga/ (In+Ga)=0.2 ；
(4)硒(硫)化將步驟3的濺鍍銅銦鎵合金后的玻璃基板放置在硒化爐中，迅速加熱至 450°C用氮氣稀釋的含10%體積的硒化氫(Hje)硒化二十分鐘，再換成氮氣稀釋的含10%體積的硫化氫(H2S)進一步硫化十分鐘，得到銅銦鎵硒硫化合物(CuhxGagkYSH)作為吸收層；
(5)化學浴沉積硫化鋅(ZnS)將步驟4的硒(硫)化后的玻璃基板浸泡在含有1.4毫摩爾硫酸鋅(ZnSO4), 140毫摩爾硫脲(SC(NH2)2)和1摩爾氨水(NH3H2O)的水浴中，并在60°C 下反應十五分鐘，沉積50納米厚硫化鋅作為緩沖層；
(6)濺鍍氧化鋅(ZnO)在磁控濺射設備中，以氬氣和氧氣(氬氣比氧氣為4比1)為氣源、氧化鋅陶瓷靶為靶源，在氣壓為0. 5Pa的真空度下，步驟5的硫化鋅緩沖層上面真空磁控濺射鍍一層50納米厚氧化鋅作為窗口層；
(7)濺鍍鋁雜氧化鋅(Al-SiO)在磁控濺射設備中，以氬氣和氧氣(氬氣比氧氣為4比 1)為氣源、含1%質(zhì)量Al2O3的氧化鋅陶瓷靶為靶源，在氣壓為0. 5Pa的真空度下，步驟6的氧化鋅窗口層上面真空磁控濺射鍍一層0. 8微米厚鋁雜氧化鋅作為正面透明電極。實施例2 依以下步驟制備CIGS太陽能光伏電池
(1)清洗玻璃基板將玻璃基板在5%氫氧化鉀(KOH)水溶液中60°C下浸泡15分鐘，再用水清洗并用氮氣吹干；
(2)濺鍍鉬(Mo)金屬在磁控濺射設備中，以氬氣(Ar)為氣源、鉬金屬為靶源，在氣壓為IPa的真空度下，在步驟1的玻璃基板上濺鍍一層1微米厚鉬金屬薄膜作為背面電極；
(3)濺鍍銅(Cu)銦(In)鎵(Ga)合金在磁控濺射設備中，以氬氣為氣源、銅鎵合金 (Cu/Ga=4)和銦為靶源，在氣壓為IPa的真空度下，在步驟2的鉬金屬鍍膜上繼續(xù)濺鍍一層1. 5微米厚的銅銦鎵合金作為吸收層前體，合金的組分控制為Cu/an+Ga)=0. 85，Ga/ (In+Ga)=0. 25 ；
(4)硒(硫)化將步驟3的濺鍍銅銦鎵合金后的玻璃基板放置在硒化爐中，迅速加熱至 450°C用氮氣稀釋的含10%體積的硒化氫(Hje)硒化二十分鐘，再換成氮氣稀釋的含10%體積的硫化氫(H2S)進一步硫化十分鐘，得到銅銦鎵硒硫化合物(CuhxGagkYSH)作為吸收層；
(5)化學浴沉積硫化鋅(ZnS)將步驟4的硒(硫)化后的玻璃基板浸泡在含有1.4毫摩爾硫酸鋅(ZnSO4), 140毫摩爾硫脲(SC(NH2)2)和1摩爾氨水(NH3H2O)的水浴中，并在70°C 下反應十五分鐘，沉積75納米厚硫化鋅作為緩沖層；
(6)濺鍍氧化鋅(ZnO)在磁控濺射設備中，以氬氣和氧氣(氬氣比氧氣為4比1)為氣源、氧化鋅陶瓷靶為靶源，在氣壓為IPa的真空度下，步驟5的硫化鋅緩沖層上面真空磁控濺射鍍一層75納米厚氧化鋅作為窗口層；
(7)濺鍍鋁雜氧化鋅(Al-SiO)在磁控濺射設備中，以氬氣和氧氣(氬氣比氧氣為4比 1)為氣源、含1. 5%質(zhì)量Al2O3的氧化鋅陶瓷靶為靶源，在氣壓為IPa的真空度下步驟6的氧化鋅窗口層上面真空磁控濺射鍍一層1.4微米厚鋁雜氧化鋅作為正面透明電極。實施例3 依以下步驟制備CIGS太陽能光伏電池
(1)清洗玻璃基板將玻璃基板在5%氫氧化鉀(KOH)水溶液中60°C下浸泡15分鐘，再用水清洗并用空氣吹干；
(2)濺鍍鉬(Mo)金屬在磁控濺射設備中，以氬氣(Ar)為氣源、鉬金屬為靶源，在氣壓為2 的真空度下，在步驟1的玻璃基板上濺鍍一層1. 5微米厚鉬金屬薄膜作為背面電極；
(3)濺鍍銅(Cu)銦(In)鎵(Ga)合金在磁控濺射設備中，以氬氣為氣源、銅鎵合金 (Cu/Ga=4)和銦為靶源，在氣壓為2Pa的真空度下，在步驟2的鉬金屬鍍膜上繼續(xù)濺鍍一層2.0微米厚的銅銦鎵合金作為吸收層前體，合金的組分控制為Cu/an+Ga)=0.9，Ga/ (In+Ga) =0. 3 ；
(4)硒(硫)化將步驟3的濺鍍銅銦鎵合金后的玻璃基板放置在硒化爐中，迅速加熱至 450°C用氮氣稀釋的含10%體積的硒化氫(Hje)硒化二十分鐘，再換成氮氣稀釋的含10%體積的硫化氫(H2S)進一步硫化十分鐘，得到銅銦鎵硒硫化合物(CuhxGagkYSH)作為吸收層；
(5)化學浴沉積硫化鋅(ZnS)將步驟4的硒(硫)化后的玻璃基板浸泡在含有1.4毫摩爾硫酸鋅(ZnSO4), 140毫摩爾硫脲(SC(NH2)2)和1摩爾氨水(NH3H2O)的水浴中，并在80°C 下反應十五分鐘，沉積100納米厚硫化鋅作為緩沖層；
(6)濺鍍氧化鋅(ZnO)在磁控濺射設備中，以氬氣和氧氣(氬氣比氧氣為4比1)為氣源、氧化鋅陶瓷靶為靶源，在氣壓為2Pa的真空度下，步驟5的硫化鋅緩沖層上面真空磁控濺射鍍一層100納米厚氧化鋅作為窗口層；
(7)濺鍍鋁雜氧化鋅(Al-SiO)在磁控濺射設備中，以氬氣和氧氣(氬氣比氧氣為4比 1)為氣源、含洲質(zhì)量Al2O3的氧化鋅陶瓷靶為靶源，在氣壓為2 的真空度下，在步驟6的氧化鋅窗口層上面真空磁控濺射鍍一層2微米厚鋁雜氧化鋅作為正面透明電極。
權利要求
1.CIGS太陽能光伏電池制備方法，其特征在于該光伏電池制備方法包括以下步驟(1)清洗玻璃基板將玻璃基板在堿液中浸泡，再用水清洗并用空氣或氮氣吹干；(2)濺鍍鉬(Mo)金屬在磁控濺射設備中，以氬氣(Ar)為氣源、鉬金屬為靶源，在真空度下步驟1的玻璃基板上濺鍍一層鉬金屬薄膜作為背面電極；(3)濺鍍銅(Cu)銦(In)鎵(Ga)合金在磁控濺射設備中，以氬氣為氣源、銅鎵合金和銦為靶源，在真空度下步驟2的鉬金屬鍍膜上繼續(xù)濺鍍一層銅銦鎵合金作為吸收層前體；(4)硒(硫)化將步驟3的濺鍍了銅銦鎵合金和鉬金屬的玻璃基板放置在硒化爐中迅速升溫，先用氮氣稀釋的硒化氫^2Se)進行硒化，再換成氮氣稀釋的硫化氫(H2S)進行硫化，得到銅銦鎵硒硫化合物(CuhxGagkYSH)作為吸收層；(5)化學浴沉積硫化鋅(ZnS)將步驟4的硒(硫)化后的玻璃基板浸泡在含有硫酸鋅 (ZnSO4)、硫脲(SC (NH2) 2)和氨水(NH3H2O)的水浴中，沉積硫化鋅作為緩沖層；(6)濺鍍氧化鋅(ZnO)在磁控濺射設備中，以氬氣和氧氣為氣源、氧化鋅陶瓷靶為靶源，在真空度下步驟5的硫化鋅緩沖層上面真空磁控濺射鍍一層氧化鋅作為窗口層；(7)濺鍍鋁雜氧化鋅(Al-SiO)在磁控濺射設備中，以氬氣和氧氣為氣源、氧化鋅陶瓷靶為靶源，在真空度下步驟6的氧化鋅窗口層上面真空磁控濺射鍍一層鋁雜氧化鋅作為正面透明電極。
2.根據(jù)權利要求1所述的CIGS太陽能光伏電池制備方法，其特征在于其中，步驟1的玻璃基板在質(zhì)量濃度5%氫氧化鉀(KOH)水溶液中60°C下浸泡15分鐘。
3.根據(jù)權利要求1所述的CIGS太陽能光伏電池制備方法，其特征在于其中，步驟2的真空度為0. 5-2Pa，鉬金屬鍍膜厚0. 5-1. 5微米。
4.根據(jù)權利要求1所述的CIGS太陽能光伏電池制備方法，其特征在于其中，步驟3的真空度為0. 5-2Pa，銅銦鎵合金層厚1-2微米，銅銦鎵合金的組分控制為Cu/ (In+Ga) =0. 8-0. 9，Ga/ (In+Ga) =0. 2-0. 3。
5.根據(jù)權利要求1所述的CIGS太陽能光伏電池制備方法，其特征在于其中，步驟4 的硒化爐迅速升溫至450°C，氮氣稀釋的硒化氫( )中含10%體積的硒化氫( )，硒化二十分鐘；步驟4的氮氣稀釋的硫化氫(H2S)中含10%體積的硫化氫(H2S),硫化十分鐘。
6.根據(jù)權利要求1所述的CIGS太陽能光伏電池制備方法，其特征在于其中，步驟5 中，將步驟4的玻璃基板浸泡在含有1. 4毫摩爾硫酸鋅(ZnS04)、140毫摩爾硫脲(SC(NH2)2) 和1摩爾氨水(NH3H2O)的水浴中，并在60-80°C下反應十五分鐘，沉積50-100納米厚硫化鋅作為緩沖層。
7.根據(jù)權利要求1所述的CIGS太陽能光伏電池制備方法，其特征在于其中，步驟6的真空度為0. 5-2Pa，氣源中氬氣比氧氣為4比1，氧化鋅窗口層厚50-100納米。
8.根據(jù)權利要求1所述的CIGS太陽能光伏電池制備方法，其特征在于其中，步驟7的真空度為0. 5-2Pa，氣源中氬氣比氧氣為4比1，氧化鋅陶瓷靶中含1%- 質(zhì)量Al2O3，鋁雜氧化鋅正面透明電極厚0. 8-2微米。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種CIGS太陽能光伏電池制備方法，該光伏電池制備方法包括以下步驟清洗玻璃基板，濺鍍鉬金屬，濺鍍銅銦鎵合金，硒(硫)化，化學浴沉積硫化鋅，濺鍍氧化鋅和濺鍍鋁雜氧化鋅；本發(fā)明原材料利用率高，電池化合物組分均勻，光電轉(zhuǎn)換效率高，重復性好。
文檔編號H01L31/18GK102386283SQ201110367960
公開日2012年3月21日 申請日期2011年11月18日 優(yōu)先權日2011年11月18日
發(fā)明者陳群 申請人:陳群