CN102610690A - 一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池缓冲层材料制备方法 - Google Patents

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王天兴
杨海刚
夏存军
李超
李苗苗
尤天友
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Abstract

本发明所提供一种制备铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池缓冲层材料的方法，该方法特征是采用ZnS靶(源)和ZnO靶(源)通过磁控溅射制备ZnSxO1-x薄膜材料，具有工艺简单、薄膜沉积速率快、无污染、薄膜结晶性好等特点。采用ZnSxO1-x薄膜材料作为CIGS薄膜太阳能电池的缓冲层材料，能够有效降低电池的制备成本、减少吸收层与缓冲层晶格失配率、提高其光电转化效率等。

Description

一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池缓冲层材料制备方法
技术领域
本发明涉及一种以磁控溅射镀膜技术制备铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池缓冲层材料的方法。该缓冲层材料为硫化锌、氧化锌复合薄膜。
背景技术
太阳电池是一种根据光伏(Photovoltaic.PV)效应而将太阳光能直接转化为电能的半导体功能器件。铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳电池因具有光吸收率高、禁带宽度可调、抗辐射能力强、制造成本低、电池性能稳定、转换效率高等特点而被人们称为最有前景的光伏电池器件。CIGS薄膜太阳电池是在玻璃或其他廉价衬底上分别沉积多层薄膜而构成的光伏器件，其结构为：光→金属栅状电极/减反射膜/窗口层/过渡层/光吸收层/金属背电极/玻璃衬底。目前的高效的铜铟镓硒电池主要采用硫化镉为缓冲层，其效率最新报道可达20％以上。但是硫化镉的最大问题是有毒，有悖于环保理念。硫化镉的替代物目前多采用硫化锌，但是硫化锌的晶格常数偏小，导致界面处晶格失配较为严重，从而导致界面质量下降，电池效率降低。
发明内容
本发明目的在于提供一种复合材料作为缓冲层，有效地解决铜铟镓硒太阳能薄膜电池界面晶格失配问题。先采用硫化锌，然后掺入氧化锌，对晶格常数进行调整，降低铜铟镓硒与氧化锌之间的晶格失配。
本发明涉及到采用ZnS靶(源)，ZnO靶(源)，采用磁控溅射，并通过后期热处理，得到较好的ZnSxO1-x晶体结构。具体的制备方法如下：
(1)基片的准备
基片、基片托分别用丙酮超声洗20min，酒精超声洗20min，然后用去离子水洗10分钟。在超净室里用热吹风烘干后，迅速放入真空室。
(2)抽真空
溅射腔用真空泵组抽本底真空抽至2×10-6Pa，工作气体为99.999％的高纯Ar气，调溅射室气压至0.15Pa至2Pa间镀膜。
(3)沉积ZnS与ZnSxO1-x薄膜
在0.15-2Pa溅射气压下，溅射功率为100-250W，采用射频溅射沉积20-40nm的ZnS薄膜，然后采用射频共溅射ZnS与ZnO靶，在0.15-2Pa溅射气压下，功率为100-250W，制备80-120nm的ZnSxO1-x薄膜。
(4)对样品进行后热处理
对制备的薄膜进行350-450度0.5-2小时的退火处理。
(5)停机，待基片温度降至室温时取出样品
本发明所提供的制备CIGS太阳能电池缓冲层的方法，具有工艺简单、薄膜沉积速率快、无污染、薄膜结晶性好等特点，在CIGS太阳薄膜电池、半导体光电器件等领域具有很大的应用价值。本发明对降低CIGS太阳薄膜电池的制备成本、减少CIGS吸收层与缓冲层晶格失配率、提高其光电转化效率等方面具有很大的应用潜力。
实施方案
实施例1
(1)基片、基片托分别用丙酮超声洗20min，酒精超声洗20min，然后用去离子水洗10分钟。在超净室里用热吹风烘干后，迅速放入真空室。
(2)溅射腔抽真空抽至2×10-6Pa，通入高纯Ar气，调气压至0.5Pa。
(3)在0.5Pa溅射气压下，溅射功率为100W，采用射频溅射镀20nm的ZnS薄膜，然后采用射频共溅射ZnS与ZnO靶材，在0.5Pa溅射气压下，功率为100W，制备80nm的ZnSxO1-x薄膜。
(4)对制备的薄膜以350度进行0.5小时的退火处理。
实施例2
(1)基片、基片托分别用丙酮超声洗20min，酒精超声洗20min，然后用去离子水洗10分钟。在超净室里用热吹风烘干后，迅速放入真空室。
(2)溅射腔抽真空抽至2×10-6Pa，通入高纯Ar气，调气压至2Pa。
(3)在2Pa溅射气压下，溅射功率为250W，采用射频溅射镀40nm的ZnS薄膜，然后采用射频共溅射ZnS与ZnO靶材，在2Pa溅射气压下，功率为250W，制备120nm的ZnSxO1-x薄膜。
(5)对制备的薄膜以450度进行2小时的退火处理。

Claims (3)

1.采用ZnS与ZnO靶材制备ZnS与ZnSxO1-x薄膜。
2.通过射频共溅射制备ZnS与ZnSxO1-x薄膜，溅射气压为0.15-2Pa，溅射功率为100-250W，ZnS薄膜厚度为20-40nm，ZnSxO1-x薄膜厚度为80-120nm。
3.对ZnS与ZnSxO1-x薄膜进行后期热处理，温度为350-450度，时间为0.5-2小时。
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PB01 Publication
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