CN101740660B - 铜铟镓硒太阳能电池、其吸收层薄膜及该薄膜的制备方法、设备 - Google Patents

Abstract

一种铜铟镓硒太阳能电池吸收层薄膜的制备方法，第一步先沉积铜、铟、镓三元金属薄膜，再蒸镀上一层硒薄膜形成纳米量级的铜铟镓硒薄膜结构，Se蒸镀源的温度为260～300℃，重复上述步骤10～50次；第二步再将叠加起来的铜铟镓硒吸收层薄膜做快速退火处理，即得到微米量级的多晶铜铟镓硒薄膜。本发明的优点是：各种元素比例可以得到精确控制；相比其他制备铜铟镓硒薄膜的方法，各元素在薄膜整个厚度范围中分布均匀，变化梯度小；整个工艺过程简单方便，适合大规模连续生产。另外，本发明也公开了上述方法所得到的铜铟镓硒太阳能电池的铜铟镓硒吸收层薄膜、包含此铜铟镓硒太阳能电池的铜铟镓硒吸收层薄膜的太阳能电池以及上述方法所使用的制造设备。

Description

铜铟镓硒太阳能电池、其吸收层薄膜及该薄膜的制备方法、设备

技术领域

本发明涉及用于太阳能电池的半导体材料的制备方案，尤其涉及一种制备铜铟镓硒太阳能电池吸收层薄膜的方法、设备以及该方法所得到的铜铟镓硒吸收层薄膜及含该吸收层薄膜的太阳能电池。

背景技术

铜铟镓硒(CIGS)太阳电池是多元化合物半导体薄膜电池，它是在玻璃或是其它廉价衬底上依次沉积多层薄膜而构成的光伏器件，其结构如附图1所示。从玻璃衬底到最顶层依次是：金属Mo背电极/铜铟镓硒(CIGS)吸收层/CdS过渡层/本征ZnO(i-ZnO)层/ZnO:Al窗口层，最后可以选择在表面依次镀上减反射层(AR Coating)来增加光的入射，再镀上金属栅极用于引出电流。

铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳电池的主要特点为：光吸收系数非常大(α约为10⁵/cm)，薄膜厚度约为2μm能吸收太阳光90％以上的能量；禁带宽度为1.1-1.4eV，适于太阳光的光电转换；容易形成固溶体，能控制禁带宽度等；铜铟镓硒(CIGS)系薄膜太阳电池不存在光致衰减的问题。

铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳电池的关键部分是铜铟镓硒(CIGS)化合物吸收层，它是吸收太阳光能量转化为电能的核心结构，它的性能直接影响电池的光电转换效率。铜铟镓硒(CIGS)是四元化合物半导体，原子的晶格配比及结晶状况对其性能起着决定性的作用。铜铟镓硒(CIGS)薄膜的制备手段分为三种，第一类是即真空蒸镀，这四种元素(Cu、In、Ga、Se)均可通过蒸镀制膜；第二类是磁控溅射，主要适用于Cu、In、Ga金属薄膜沉积，也可溅射部分二元硒化物(硒化铜、硒化铟等)薄膜；第三类是其他方法，比如电化学沉积、印刷喷涂、化学气相沉积、喷涂热解法、分子束外延等。

目前，国际上主要制备铜铟镓硒(CIGS)薄膜的工艺有两类，一类是由美国可再生能源国家实验室(NREL)发展出的“三步共蒸法”，它的制膜手段采用全蒸镀工艺，具体过程是：第一步先在低基底温度蒸镀In、Ga、Se；第二步在高基底温度蒸镀Cu、Se；第三步高基底温度蒸镀In、Ga、Se。迄今为止世界上最高光电转换效率的铜铟镓硒(CIGS)太阳能电池正是采用了“三步共蒸法”制备铜铟镓硒(CIGS)薄膜，其实验室样片效率达到19.9％。该方法优点在于能够比较容易地控制薄膜成分分布，减少有害的二级相的生成，制备出高效率的电池，但是该方法工艺过程复杂，不适合大规模流水线生产；第二类是以Shell Solar、Showa Shell等公司为代表使用的“预制层——硒化法”，这种工艺中，先统一集中制备三种金属的预制层薄膜，制膜手段可以采用蒸镀、磁控溅射等，再将预制层置入高温富硒环境进行硒化处理。硒化处理的硒气氛，可以由固体硒源蒸发，也可以由硒化氢气体提供。在硒化之前，可根据需求在预制层表面蒸镀上适量的硒。这种工艺常用在工业化大规模生产，目前大面积样片(超过1m²)效率已经接近15％。中国发明专利(公开号：CN1719625)公开了一种铜铟镓硒或铜铟镓硫太阳能电池吸收层的预制层——硒化法，该方法是在钠钙玻璃Mo衬底上，先用真空磁控溅射法统一集中制备CuInGa的金属预制层，再在热处理真空室中进行预蒸发后硒化处理。该方法工艺简单可行，有利于生产需求。但是，该方法所得到的CuInGa金属预制层的厚度都在0.8微米以上，再在此微米级厚度的CuInGa金属预制层上进行硒化处理，对元素成分的控制稍显不力，容易出现Ga元素集中分布在薄膜底(靠近Mo的一侧)、In元素集中分布薄膜表面(靠近CdS的一侧)的现象，会降低开路电压，从而影响光电转换效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种制备铜铟镓硒太阳能电池铜铟镓硒(CIGS)吸收层薄膜的方法、设备及由该方法得到的铜铟镓硒(CIGS)吸收层薄膜，及包含此铜铟镓硒(CIGS)吸收层薄膜的铜铟镓硒太阳能电池，以解决现有技术中In、Ga元素分布不均的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种微-纳技术制备铜铟镓硒太阳能电池的CIGS吸收层薄膜的方法，包括步骤：步骤1：制备第一层纳米量级厚度的铜铟镓硒(CIGS)吸收层薄膜结构，于第一层纳米量级厚度的铜铟镓硒(CIGS)吸收层薄膜结构上顺序制备第二层、第三层至第N层纳米量级厚度的铜铟镓硒(CIGS)吸收层薄膜结构，形成由N层纳米量级厚度的铜铟镓硒(CIGS)吸收层薄膜结构叠加起来的微米量级的铜铟镓硒(CIGS)吸收层薄膜；步骤2：对叠加起来的微米量级的铜铟镓硒(CIGS)吸收层薄膜进行快速退火处理。

其中，N介于10～50之间。

其中，于步骤1中，第一层至第N层纳米量级厚度的铜铟镓硒(CIGS)吸收层薄膜结构的每个薄膜结构的具体制备方法为，先在衬底上制备一层Cu、In、Ga三种金属的薄膜，三种金属薄膜的单独厚度依次为10～30nm、10～30nm、5～10nm；然后，再在已有的金属薄膜上利用真空蒸镀再沉积上一层元素硒薄膜，厚度为20～50nm，硒蒸镀源温度维持在260～300℃。

其中，沉积Cu、In、Ga金属薄膜时，采用磁控溅射的方法，溅射气压维持在0.1～2pa，基底温度保持在250～400℃，溅射沉积的三种金属薄膜总厚度仅为20～60nm，三种金属的溅射顺序为先溅射In，再溅射Cu/Ga；或者为先溅射Cu/Ga，再溅射In。

其中，沉积Cu、In、Ga金属薄膜时，采用真空蒸镀的方法，基底温度同样保持在250～400℃，蒸镀沉积的三种金属薄膜总厚度仅为20～60nm，三者的蒸镀的顺序为先溅射In，再溅射Cu/Ga；或者为先溅射Cu/Ga，再溅射In。

其中，于步骤2的对薄膜进行快速退火处理中，处理的峰值温度为400～600℃，在这个温度的维持时间为1～30分钟，退火工艺的温度曲线中，平均升温速率为5～20℃/s，退火的氛围为氩气或氮气纯惰性氛围，或者为惰性气体加上硫化氢、硒化氢反应气体的氛围，或者为干燥、洁净的空气。

其中，对薄膜进行快速退火处理的加热方式为普通的电阻丝加热或者为用卤素灯红外加热或者两种加热方式的结合。

其中，于步骤2后，还包括将样片放在惰性气体或者真空环境下自由降温的步骤，在基底为玻璃基底时，平均降温速率为5～10℃。

而且，为实现上述目的，本发明还提供一种上述微-纳技术制备铜铟镓硒太阳能电池的铜铟镓硒(CIGS)吸收层薄膜的方法所制得的铜铟镓硒太阳能电池的铜铟镓硒(CIGS)吸收层薄膜。

其中，该铜铟镓硒(CIGS)吸收层薄膜为Se、Cu、Ga、In四种元素分布均匀的CuIn_1-xGa_xSe₂多晶薄膜。

而且，本发明还提供了一种包括上述CIGS吸收层薄膜的铜铟镓硒太阳能电池。

而且，为实现上述目的，本发明还提供了一种微-纳技术制备铜铟镓硒太阳能电池的铜铟镓硒(CIGS)吸收层薄膜的设备，顺序包括三个真空室A、B、C，真空室A与B、B与C之间均有门阀隔离，真空室A具有一溅射区，真空室B具有一蒸镀区，真空室C具有一快速退火处理区，其中，通过样品在真空室A、B内往复进行平动，真空室A、B用于制备第一层纳米量级厚度的铜铟镓硒(CIGS)吸收层薄膜结构，并于第一层纳米量级厚度的铜铟镓硒(CIGS)吸收层薄膜结构上顺序制备第二层、第三层至第N层纳米量级厚度的铜铟镓硒(CIGS)吸收层薄膜结构，以形成由N层纳米量级厚度的铜铟镓硒(CIGS)吸收层薄膜结构叠加起来的微米量级的铜铟镓硒(CIGS)吸收层薄膜；并且真空室C用于对于真空室A、B中制得的叠加起来的铜铟镓硒(CIGS)薄膜进行快速退火处理。

其中，在真空室A中，正向设置了一个Cu/Ga合金靶，以及一个纯In靶，用于溅射沉积Cu、In、Ga金属薄膜，反向有电阻丝加热器，用于加热样片；真空室B的正向具有一个Se蒸镀线源，反向具有加热器提供250～400℃的基底温度，以完成蒸镀硒和硒化；真空室C分为两段，前段的快速退火处理区用于进行快速退火处理，快速退火处理区的正向设有能够提供快速加热的快速退火处理加热器，以获得更高的升温速率，反向设有电阻丝加热器，真空室C的后段为一降温区，用于降温，以提供适当的降温梯度，保护基片。

其中，样片竖直固定在一样品架上，样片带有Mo膜的一侧面向真空室的正向，样品架经一齿条传动，以自由地在三个真空室内进行平动。

而且，为实现上述目的，本发明还提供了一种微-纳技术制备铜铟镓硒太阳能电池的铜铟镓硒(CIGS)吸收层薄膜的系统，顺序包括真空室A1、B1、A2、B2、A3、B3......An、Bn、C，各真空室之间均有门阀隔离，真空室A1、A2、A3......An各具有一溅射区，真空室B1、B2、B3......Bn各具有一蒸镀区，真空室C具有一快速退火处理区，其中，在样品从真空室A1至真空室C平动过程中，真空室A1、B1、A2、B2、A3、B3......An、Bn用于制备由N层纳米量级厚度的铜铟镓硒(CIGS)吸收层薄膜结构叠加起来的微米量级的铜铟镓硒(CIGS)吸收层薄膜；并且真空室C用于对于真空室A1、B1、A2、B2、A3、B3......An、Bn中制得的叠加起来的微米量级的铜铟镓硒(CIGS)薄膜进行快速退火处理。

本发明的效果：本发明的核心技术是采用局部硒化再统一退火，相比于其他一些制备铜铟镓硒(CIGS)薄膜的工艺，主要有以下几个优点：第一，微米级的铜铟镓硒(CIGS)吸收层薄膜由多层纳米级的铜铟镓硒(CIGS)薄膜结构叠加形成，可以有效地防止Ga、In等元素出现分布不均现象。在每次蒸镀硒的过程中，部分硒与金属发生硒化反应，另一部分硒处于单质状态覆盖形成硒薄层，可以起到一定的隔离作用，阻止In、Ga扩散。第二，相比于“预制层——硒化法”，可以使退火条件有更多的选择。由于薄膜中均匀分布着大量的硒，解除了退火对高浓度硒氛围的依赖，退火工艺甚至可以放在非真空系统下进行，这降低了大规模生产线上真空设备的造价。第三，整个工艺过程简单，有利于实现流水线操作。

附图说明

图1为铜铟镓硒太阳能电池的结构示意图；

图2为本发明制备铜铟镓硒太阳能电池的铜铟镓硒(CIGS)吸收层薄膜的方法流程图；

图3为本发明若干纳米量级的薄膜均一化形成微米量级的铜铟镓硒(CIGS)薄膜过程中的薄膜结构和成分的变化图；

图4为本发明用俄歇电子能谱(AES)测试所制备的铜铟镓硒(CIGS)薄膜的各种元素的浓度与溅射时间分布图；

图5为本发明制备铜铟镓硒太阳能电池的铜铟镓硒(CIGS)吸收层薄膜的设备结构图；

图6为本发明制备铜铟镓硒太阳能电池的铜铟镓硒(CIGS)吸收层薄膜的系统结构图。

具体实施方式

本发明提供了一种制备铜铟镓硒太阳能电池吸收层铜铟镓硒(CIGS)薄膜的方法，得到了较高质量的铜铟镓硒(CIGS)薄膜，解决了现有技术制备方法中In、Ga元素分布不均问题，同时工艺简单可行，可以用于大规模流水线生产。

图2为本发明制备铜铟镓硒太阳能电池的铜铟镓硒(CIGS)吸收层薄膜的方法流程图；

如图2所示，本发明的微-纳技术制备铜铟镓硒太阳能电池的铜铟镓硒(CIGS)吸收层薄膜的方法，主要包括：步骤1：制备第一层纳米量级厚度的铜铟镓硒(CIGS)吸收层薄膜结构，于第一层纳米量级厚度的铜铟镓硒(CIGS)吸收层薄膜结构上顺序制备第二层、第三层至第N层纳米量级厚度的铜铟镓硒(CIGS)吸收层薄膜结构，形成由N层纳米量级厚度的铜铟镓硒(CIGS)吸收层薄膜结构叠加起来的微米量级的铜铟镓硒(CIGS)吸收层薄膜，其中，N介于10～50之间；步骤2：对叠加起来的微米量级的铜铟镓硒(CIGS)吸收层薄膜进行快速退火处理。

其中，于步骤1中，第一层至第N层纳米量级厚度的铜铟镓硒(CIGS)吸收层薄膜结构的每个薄膜结构的具体制备方法为，先在衬底上制备一层Cu、In、Ga三种金属的薄膜，三种金属薄膜的单独厚度依次为10～30nm、10～30nm、5～10nm；然后，再在已有的金属薄膜上利用真空蒸镀再沉积上一层元素硒薄膜，厚度为20～50nm，硒蒸镀源温度维持在260～300℃。

并且，沉积Cu、In、Ga金属薄膜时，可以采用磁控溅射的方法，溅射气压维持在0.1～2pa，基底温度保持在250～400℃，溅射沉积的三种金属薄膜总厚度仅为20～60nm，三种金属的溅射顺序为先溅射In，再溅射Cu/Ga；或者为先溅射Cu/Ga，再溅射In。也可以采用真空蒸镀的方法，基底温度同样保持在250～400℃，蒸镀沉积的三种金属薄膜总厚度仅为20～60nm，三者的蒸镀的顺序为先溅射In，再溅射Cu/Ga；或者为先溅射Cu/Ga，再溅射In。

于步骤2的对薄膜进行快速退火处理中，处理的峰值温度为400～600℃，在这个温度的维持时间为1～30分钟，退火工艺的温度曲线中，平均升温速率为5～20℃/s。

图3为本发明若干纳米量级的薄膜均一化形成微米量级的铜铟镓硒(CIGS)薄膜过程中的薄膜结构和成分的变化图，图中，

表示Se，

表示Cu/Ga/In，

表示Mo，

表示CuGaSe₂，表示CuInSe₂，

表示CuIn(Ga)Se₂。

如图3所示，具体而言，本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：先在Mo基底上溅射沉积一层Cu、In、Ga三种金属薄膜，但不同于常规“预制层——硒化法”，溅射沉积的三种金属薄膜总厚度仅为20～60nm，然后保持基底温度在250～400℃蒸镀上一层厚度为20～50nm的硒。硒单质在金属薄膜上沉积的同时，与三种金属可以发生多种化学反应，主要的反应产物包括CuInSe₂、CuGaSe₂以及一些二元硒化物Cu_2-xSe、In₂Se₃等等。完成此步骤后，继续溅射一层20～60nm的金属层，然后再蒸硒，如此往复10～50次，完成第一步元素层制备过程。在这个过程中，通过调节三种金属薄膜各自沉积的量和样片蒸硒时基底的温度，以及蒸硒的时间，可以控制硒化反应的产物的种类。优化后的条件能够使薄膜中只存在CuInSe₂和CuGaSe₂，而几乎不存在其它二元硒化物，这有利于之后成分的控制。

最后，将叠加起来的硒化物薄膜进行快速退火处理(RTP)，处理的峰值温度为400～600℃，在这个温度的维持时间为1～30分钟。退火工艺的温度曲线中，平均升温速率为5～20℃/s。退火的氛围可以是氩气、氮气等纯惰性氛围，也可以是惰性气体包含硫化氢、硒化氢等反应气体的氛围，还可以是干燥、洁净的空气。RTP过程能够使所有“硒化物层”重结晶，均一化形成晶格结构单一，元素成分均匀的CuIn_1-xGa_xSe₂(CIGS)多晶薄膜，其中，x介于0～1之间。本发明工艺是将若干纳米量级的薄膜均一化形成微米量级的铜铟镓硒(CIGS)薄膜的过程，所以叫做“微-纳技术”。

图4为本发明中用俄歇电子能谱(AES)测试本工艺方法制备的铜铟镓硒(CIGS)薄膜各种元素的浓度与溅射时间分布图，如图4所示，AES图谱显示，在整个铜铟镓硒(CIGS)薄膜的厚度范围内，Se、Cu、Ga、In四种元素分布均较为均匀，没有出现个别元素在两端聚集的现象。说明本工艺方法得到了Se、Cu、Ga、In四种元素分布均匀的铜铟镓硒(CIGS)吸收层多晶薄膜，相应地，可以得到含有此Se、Cu、Ga、In四种元素分布均匀的铜铟镓硒(CIGS)吸收层多晶薄膜的铜铟镓硒太阳能电池。

另外，本发明也提供了一种微-纳技术制备铜铟镓硒太阳能电池的铜铟镓硒(CIGS)吸收层薄膜的设备，图5为本发明制备铜铟镓硒太阳能电池的铜铟镓硒(CIGS)吸收层薄膜的设备结构图，如图5所示，顺序包括三个真空室A、B、C，真空室A与B、B与C之间均有门阀隔离，真空室A具有一溅射区，真空室B具有一蒸镀区，真空室C具有一快速退火处理区，其中，通过样品在真空室A、B内往复进行平动，真空室A、B用于制备第一层纳米量级厚度的铜铟镓硒(CIGS)吸收层薄膜结构，并于第一层纳米量级厚度的铜铟镓硒(CIGS)吸收层薄膜结构上顺序制备第二层、第三层至第N层纳米量级厚度的铜铟镓硒(CIGS)吸收层薄膜结构，以形成由N层纳米量级厚度的铜铟镓硒(CIGS)吸收层薄膜结构叠加起来的微米量级的铜铟镓硒(CIGS)吸收层薄膜；并且真空室C用于对于真空室A、B中制得的叠加起来的微米量级的铜铟镓硒(CIGS)薄膜进行快速退火处理。

其中，在真空室A中，正向设置了一个Cu/Ga合金靶，以及一个纯In靶，用于溅射沉积Cu、In、Ga金属薄膜，反向有电阻丝加热器，用于加热样片；真空室B的正向具有一个Se蒸镀线源，反向具有加热器提供250～400℃的基底温度，以完成蒸镀硒和硒化；真空室C分为两段，前段的快速退火处理区用于进行快速退火处理，快速退火处理区的正向设有能够提供快速加热的快速退火处理加热器，以获得更高的升温速率，反向设有电阻丝加热器，真空室C的后段为一降温区，用于降温，以提供适当的降温梯度，保护基片。

另外，本发明还提供了一种微-纳技术制备铜铟镓硒太阳能电池的铜铟镓硒(CIGS)吸收层薄膜的系统，图6为本发明制备铜铟镓硒太阳能电池的铜铟镓硒(CIGS)吸收层薄膜的设备结构图，如图6所示，该系统与图5中设备所不同的为真空室A、B扩展成为n个，使得样品可以不需要在A、B之间往复运动，而仅仅沿整个设备的各个真空室顺序移动就可以完成整个制备工艺，实现工艺的流水线化。如图6所示，该设备顺序包括真空室A1、B1、A2、B2、A3、B3......An、Bn、C，各真空室之间均有门阀隔离，真空室A1、A2、A3......An各具有一溅射区，真空室B1、B2、B3......Bn各具有一蒸镀区，真空室C具有一快速退火处理区，其中，在样品从真空室A1至真空室C平动过程中，真空室A1、B1、A2、B2、A3、B3......An、Bn用于制备由N层纳米量级厚度的铜铟镓硒(CIGS)吸收层薄膜结构叠加起来的微米量级的铜铟镓硒(CIGS)吸收层薄膜；并且真空室C用于对于真空室A1、B1、A2、B2、A3、B3......An、Bn中制得的叠加起来微米量级的铜铟镓硒(CIGS)薄膜进行快速退火处理。

以下通过具体实施例说明本发明的铜铟镓硒(CIGS)吸收层薄膜的制备方法及其所使用设备。

实例1：本发明工艺可以在如附图5所示的真空设备中实现。系统由三个真空室A、B、C组成，A与B、B与C均有门阀隔离。样片竖直固定在样品架上，样片带有Mo膜的一侧面向真空室的正向，样品架经齿条传动，可以自由地在三个真空室内进行平动。在真空室A中，正向设置了一个Cu/Ga合金靶(Ga原子含量20％～40％)，以及一个纯In靶，用于溅射沉积金属薄膜，反向有电阻丝加热器，可以加热样片。真空室B的正向有一个Se蒸镀线源，反向有加热器提供250～400℃的基底温度，可以完成蒸镀硒和硒化。室C分为两段，前段用于RTP处理，正向设有能够提供快速加热的RTP加热器，比如红外卤素灯，用这种方式可获得更高的升温速率，反向仍然是普通电阻丝加热器；后段用于降温，可以提供适当的降温梯度，保护基片。样片先在AB之间做往复运动，间隔地进行金属溅射和硒化，然后再进入C，进行RTP处理及降温。

实例2：本实例是实例1工艺的流水线化，该系统组成方式为A₁B₁A₂B₂......A_nB_nC，如附图6，其中A₁、A₂～A_n的结构与附图5的真空室A完全相同，B₁、B₂～B_n与附图5真空室B一致。这样，样片可以在系统中单向运动，实现流水线化。

本发明制备方法的效果：本发明的核心技术是采用局部硒化再统一退火，相比于其他一些制备铜铟镓硒(CIGS)薄膜的工艺，主要有以下几个优点：第一，微米级的铜铟镓硒(CIGS)吸收层薄膜由多层纳米级的铜铟镓硒(CIGS)薄膜结构叠加形成，可以有效地防止Ga、In等元素出现分布不均现象。在每次蒸镀硒的过程中，部分硒与金属发生硒化反应，另一部分硒处于单质状态覆盖形成硒薄层，可以起到一定的隔离作用，阻止In、Ga扩散。第二，相比于“预制层——硒化法”，可以使退火条件有更多的选择。由于薄膜中均匀分布着大量的硒，解除了退火对高浓度硒氛围的依赖，退火工艺甚至可以放在非真空系统下进行，这降低了大规模生产线上真空设备的造价。第三，整个工艺过程简单，有利于实现流水线操作。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种微-纳技术制备铜铟镓硒太阳能电池的铜铟镓硒吸收层薄膜的方法，其特征在于，包括步骤：

步骤1：制备第一层纳米量级厚度的铜铟镓硒吸收层薄膜结构，于第一层纳米量级厚度的铜铟镓硒吸收层薄膜结构上顺序制备第二层、第三层至第N层纳米量级厚度的铜铟镓硒吸收层薄膜结构，形成由N层纳米量级厚度的铜铟镓硒吸收层薄膜结构叠加起来的微米量级的铜铟镓硒吸收层薄膜，N介于10～50之间；其中，第一层至第N层纳米量级厚度的铜铟镓硒吸收层薄膜结构的每个薄膜结构的具体制备方法为，先在衬底上制备一层Cu、In、Ga三种金属的薄膜，三种金属薄膜的单独厚度依次为10～30nm、10～30nm、5～10nm；然后，再在已有的金属薄膜上利用真空蒸镀再沉积上一层元素硒薄膜，厚度为20～50nm，硒蒸镀源温度维持在260～300℃；

步骤2：对叠加起来的微米量级的铜铟镓硒吸收层薄膜进行快速退火处理。

2.根据权利要求1所述的微-纳技术制备铜铟镓硒太阳能电池的铜铟镓硒吸收层薄膜的方法，其特征在于，沉积Cu、In、Ga金属薄膜时，采用磁控溅射的方法，溅射气压维持在0.1～2pa，基底温度保持在250～400℃，溅射沉积的三种金属薄膜总厚度仅为25～60nm，三种金属的溅射顺序为先溅射In，再溅射Cu/Ga；或者为先溅射Cu/Ga，再溅射In；或者沉积Cu、In、Ga金属薄膜时，采用真空蒸镀的方法，基底温度同样保持在250～400℃，蒸镀沉积的三种金属薄膜总厚度仅为25～60nm，三种金属的蒸镀的顺序为先溅射In，再溅射Cu/Ga；或者为先溅射Cu/Ga，再溅射In。

3.根据权利要求1所述的微-纳技术制备铜铟镓硒太阳能电池的铜铟镓硒吸收层薄膜的方法，其特征在于，于步骤2的对薄膜进行快速退火处理中，处理的峰值温度为400～600℃，在这个温度的维持时间为1～30分钟，退火工艺的温度曲线中，平均升温速率为5～20℃/s，退火的氛围为氩气或氮气纯惰性氛围，或者为惰性气体加上硫化氢、硒化氢反应气体的氛围，或者为干燥、洁净的空气，加热方式为普通的电阻丝加热或者为用卤素灯红外加热或者两种加热方式的结合。

4.根据权利要求1所述的微-纳技术制备铜铟镓硒太阳能电池的铜铟镓硒吸收层薄膜的方法，其特征在于，于步骤2后，还包括将样片放在惰性气体或者真空环境下自由降温的步骤，在基底为玻璃基底时，平均降温速率为5～10℃。

5.权利要求1的微-纳技术制备铜铟镓硒太阳能电池的铜铟镓硒吸收层薄膜的方法所制得的铜铟镓硒太阳能电池的铜铟镓硒吸收层薄膜。

6.一种包括权利要求5的铜铟镓硒吸收层薄膜的铜铟镓硒太阳能电池。

7.一种微-纳技术制备铜铟镓硒太阳能电池的铜铟镓硒吸收层薄膜的设备，其特征在于，顺序包括三个真空室A、B、C，真空室A与B、B与C之间均有门阀隔离，真空室A具有一溅射区，真空室B具有一蒸镀区，真空室C具有一快速退火处理区，其中，通过样品在真空室A、B内往复进行平动，真空室A、B用于制备第一层纳米量级厚度的铜铟镓硒吸收层薄膜结构，并于第一层纳米量级厚度的铜铟镓硒吸收层薄膜结构上顺序制备第二层、第三层至第N层纳米量级厚度的铜铟镓硒吸收层薄膜结构，以形成由N层纳米量级厚度的铜铟镓硒吸收层薄膜结构叠加起来的微米量级的铜铟镓硒吸收层薄膜，N介于10～50之间；并且真空室C用于对于真空室A、B中制得的叠加起来的微米量级的铜铟镓硒吸收层薄膜进行快速退火处理。

8.根据权利要求7所述的微-纳技术制备铜铟镓硒太阳能电池的铜铟镓硒吸收层薄膜的设备，其特征在于，在真空室A中，正向设置了一个Cu/Ga合金靶，以及一个纯In靶，用于溅射沉积Cu、In、Ga金属薄膜，反向有电阻丝加热器，用于加热样片；真空室B的正向具有一个Se蒸镀线源，反向具有加热器提供250～400℃的基底温度，以完成蒸镀硒和硒化；真空室C分为两段，前段的快速退火处理区用于进行快速退火处理，快速退火处理区的正向设有能够提供快速加热的快速退火处理加热器，以获得更高的升温速率，反向设有电阻丝加热器，真空室C的后段为一降温区，用于降温，以提供适当的降温梯度，保护基片。

9.根据权利要求7所述的微-纳技术制备铜铟镓硒太阳能电池的铜铟镓硒吸收层薄膜的设备，其特征在于，样片竖直固定在一样品架上，样片带有Mo膜的一侧面向真空室的正向，样品架经一齿条传动，以自由地在三个真空室内进行平动。

10.一种微-纳技术制备铜铟镓硒太阳能电池的铜铟镓硒吸收层薄膜的系统，其特征在于，顺序包括真空室A1、B1、A2、B2、A3、B3......A_N、B_N、C，各真空室之间均有门阀隔离，真空室A1、A2、A3......A_N各具有一溅射区，真空室B1、B2、B3......B_N各具有一蒸镀区，真空室C具有一快速退火处理区，其中，在样品从真空室A1至真空室C平动过程中，真空室A1、B1、A2、B2、A3、B3......A_N、B_N用于制备由N层纳米量级厚度的铜铟镓硒吸收层薄膜结构叠加起来的微米量级的铜铟镓硒吸收层薄膜；并且真空室C用于对于真空室A1、B1、A2、B2、A3、B3......A_N、B_N中制得的叠加起来的微米量级的铜铟镓硒吸收层薄膜进行快速退火处理，N介于10～50之间。

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