CN101908583B - 铜铟镓硒薄膜太阳电池窗口层的制备方法 - Google Patents

铜铟镓硒薄膜太阳电池窗口层的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于铜铟镓硒薄膜太阳电池窗口层的制备方法，将镀有Mo/CIGS/CdS的衬底放入真空室，室内真空度为1×10-4～3×10-3Pa、温度RT-350℃条件下，通入氩气，控制真空度0.1-1.5Pa，选用纯度≥99.95％以上的ZnO靶在0.3-2.0W/cm2的靶功率密度下进行射频磁控溅射，制得厚度为0.03-0.08微米的ZnO薄膜；真空室内真空1×10-4～3×10-3Pa、温度RT-350℃条件下，通入氩气，控制真空度0.1-1.5Pa，以Al2O3为2wt％的ZnO:Al2O3靶在1.5-5.0W/cm2的靶功率密度下直流磁控溅射，制得厚度为0.3-0.8微米的ZAO薄膜，即为ZnO和ZAO双层薄膜的铜铟镓硒薄膜太阳电池窗口层。

Description

铜铟镓硒薄膜太阳电池窗口层的制备方法
技术领域
本发明属于太阳电池技术领域，特别是涉及一种铜铟镓硒薄膜太阳电池窗口层的制备方法。
背景技术
以黄铜矿结构的化合物半导体铜铟硒即CuInSe2，简写为CIS系列混溶晶体为直接带隙材料，以其作为吸收层的薄膜太阳电池，被认为是最有发展前景的第三代化合物光伏电池之一，其组成包括：CuInSe2，CuIn1-XGaXSe2，CuInS2，CuIn1 -XGaXS2，CuIn1-XGaXSe2-YSY等。现有的铜铟镓硒CuIn1-XGaXSe2，CIGS薄膜太阳电池，是在20世纪80年代后期开发出来的新型太阳电池，是在钠钙玻璃、金属箔，如：不锈钢箔、钛箔、钼箔、铝箔等，或聚酰亚胺膜衬底上分别沉积多层薄膜构成的光伏器件，典型结构自下至上依次为：衬底/底电极/吸收层/缓冲层/窗口层/减反射膜/上电极。
在铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳电池中，窗口层通常采用本征ZnO和n-ZnO(即ZnO:Al2O3，简写为ZAO)两层薄膜组成，本征ZnO厚度为30-80nm，n-ZnO厚度为300-800nm。ZnO薄膜的制备方法包括采用Zn靶反应溅射和采用ZnO陶瓷靶溅射这两种方法。而采用ZnO陶瓷靶溅射法由于工艺简单得到的薄膜质量优而受到了广泛的关注。在后一种方法中，本征ZnO一般是采用射频磁控溅射法制备，需要在Ar气氛下通入微量的O2，才能得到高阻ZnO薄膜。n-ZnO采用氧化铝含量为2wt％的ZnO:Al2O3直流磁控溅射法制备，只需要通入氩气。因此，在制备这两层ZnO薄膜时，由于其一需要氧气另一不需要，则需要分步制备或者采用不同的真空腔室先后制备，这样一方面是延长了制备时间，另一方面增加了设备的投资，增加了生产成本。
发明内容
本发明为解决现有技术中存在的问题，提供了一种简化设备、产能高、生产成本低，实现同一真空腔室制备出ZnO/ZAO双层薄膜的一种铜铟镓硒薄膜太阳电池窗口层的制备方法。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采用的技术方案是：
铜铟镓硒薄膜太阳电池窗口层的制备方法，其特点是：真空室内放入依次镀有底电极Mo/吸收层CIGS/缓冲层CdS的衬底后，抽真空至1×10-4～3×10- 3Pa、温度控制在RT-350℃，通入氩气，当真空室内真空度达到0.1-1.5Pa，将纯度≥99.95％的ZnO靶在0.3-2.0W/cm2的靶功率密度下进行射频磁控溅射，使得缓冲层CdS上镀制有厚度0.03-0.08微米的ZnO薄膜；将置有镀制ZnO薄膜衬底的真空室内，抽真空至1×10-4～3×10-3Pa、温度控制在RT-350℃，通入氩气，当真空室内真空度达到0.1-1.5Pa，Al2O3为2wt％的ZnO:Al2O3靶在1.5-5.0W/cm2靶功率密度下进行直流磁控溅射，在衬底的ZnO薄膜上镀制有厚度0.3-0.8微米的ZAO薄膜，即制成ZnO和ZAO双层薄膜的铜铟镓硒薄膜太阳电池窗口层。
本发明还可以采用如下技术措施来实现：
铜铟镓硒薄膜太阳电池窗口层的制备方法，其特点是：所述温度RT为25℃。
铜铟镓硒薄膜太阳电池窗口层的制备方法，其特点是：所述衬底为柔性金属、聚酰亚胺膜或玻璃。
铜铟镓硒薄膜太阳电池窗口层的制备方法，其特点是：所述柔性金属为钛箔或不锈钢箔。
本发明具有的优点和积极效果是：通过控制靶功率密度，将纯度99.95％以上的ZnO靶，氩气气氛下在镀有底电极Mo/吸收层CIGS/缓冲层CdS的衬底上射频磁控溅射制备出高阻本征ZnO薄膜，不需氧气，过程简单易控；由于在工艺过程中不需氧气，则真空腔室中气氛与制备高电导ZAO薄膜一致。因此只需控制靶功率密度即可实现在同一真空腔室制备出ZnO/ZAO双层薄膜。简化了设备、提高了产能、降低了生产成本，尤其适合于柔性CIGS薄膜太阳电池的卷对卷的生产过程同
附图说明
图1为铜铟镓硒薄膜太阳电池结构示意图。
图中的标号分别为：1.上电极；2.减反射膜；3.窗口层；4.缓冲层；5.吸收层；6.底电极；7.衬底。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹列举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
请参照图1：
由衬底7、底电极6、吸收层5、缓冲层4、窗口层3、减反射膜2和上电极1构成的铜铟镓硒薄膜太阳电池窗口层的制备方法，玻璃、钛箔、不锈钢箔或聚酰亚胺膜柔性材料作为衬底，真空室内放入依次镀有底电极Mo/吸收层CIGS/缓冲层CdS的衬底后，抽真空至1×10-4～3×10-3Pa、温度控制在RT-350℃，通入氩气，当真空室内真空度达到0.1-1.5Pa，将纯度≥99.95％的ZnO靶在0.3-2.0W/cm2的靶功率密度下进行射频磁控溅射，使得缓冲层CdS上镀制有厚度0.03-0.08微米的ZnO薄膜；将置有镀制有上述ZnO薄膜衬底的真空室内，抽真空至1×10-4～3×10-3Pa、温度控制在RT-350℃，通入氩气，当真空室内真空度达到0.1-1.5Pa，Al2O3为2wt％的ZnO:Al2O3靶在1.5-5.0W/cm2靶功率密度下进行直流磁控溅射，在衬底的ZnO薄膜上镀制有厚度0.3-0.8微米的ZAO薄膜，即制成ZnO和ZAO双层薄膜的铜铟镓硒薄膜太阳电池窗口层。
在制备ZnO和ZAO双层薄膜的铜铟镓硒薄膜太阳电池窗口层时，既可在同一真空室制备ZnO和ZAO双层薄膜，也可以在不同的真空室分步制备ZnO和ZAO双层薄膜。
实施例1：选用20-100μm的钛箔作为衬底，在衬底上依次镀制底电极Mo、吸收层CIGS、缓冲层CdS后放入真空室，将真空室抽真空至1×10-4～3×10-3Pa、温度控制在25℃-350℃，通入氩气，当真空室内真空度达到0.1-1.5Pa，将纯度≥99.95％的ZnO靶在0.3-2.0W/cm2的靶功率密度下进行射频磁控溅射，使得缓冲层CdS上镀制有厚度0.03-0.08微米的ZnO薄膜；将置有镀制上述ZnO薄膜衬底的真空室内，抽真空至1×10-4～3×10-3Pa、温度控制在RT-350℃，通入氩气，当真空室内真空度达到0.1-1.5Pa，Al2O3为2wt％的ZnO:Al2O3靶在1.5-5.0W/cm2靶功率密度下进行直流磁控溅射，在衬底的ZnO薄膜上镀制有厚度0.3-0.8微米的ZAO薄膜，即制成ZnO和ZAO双层薄膜的铜铟镓硒薄膜太阳电池窗口层。

Claims (3)

1.铜铟镓硒薄膜太阳电池窗口层的制备方法，其特征在于：真空室内放入依次镀有底电极Mo/吸收层CIGS/缓冲层CdS的衬底后，抽真空至1×10-4～3×10-3Pa、温度控制在RT-350℃，通入氩气，当真空室内真空度达到0.1-1.5Pa，将纯度≥99.95％的ZnO靶在0.3-2.0W/cm2的靶功率密度下进行射频磁控溅射，使得缓冲层CdS上镀制有厚度0.03-0.08微米的ZnO薄膜；将置有镀制ZnO薄膜衬底的真空室内，抽真空至1×10-4～3×10-3Pa、温度控制在RT-350℃，通入氩气，当真空室内真空度达到0.1-1.5Pa，Al2O3为2wt％的ZnO:Al2O3靶在1.5-5.0W/cm2靶功率密度下进行直流磁控溅射，在衬底的ZnO薄膜上镀制有厚度0.3-0.8微米的ZAO薄膜，即制成ZnO和ZAO双层薄膜的铜铟镓硒薄膜太阳电池窗口层；
所述温度RT为25℃。
2.根据权利要求1所述的铜铟镓硒薄膜太阳电池窗口层的制备方法，其特征在于：所述衬底为柔性金属、聚酰亚胺膜或玻璃。
3.根据权利要求2所述的铜铟镓硒薄膜太阳电池窗口层的制备方法，其特征在于：所述柔性金属为钛箔或不锈钢箔。
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