CN102723399A - 一种Cu(InAl)Se2薄膜的化学制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种Cu(InAl)Se2薄膜的化学制备工艺，是一种化学沉积的制备方法。其是以钠钙玻璃为基底，首先在基底上采用射频(RF)磁控溅射方法溅射钼(Mo)金属制作背电极，然后在Mo背电极上采用化学水浴法(CBD)沉积CIAS薄膜。采用化学水浴法制备CIAS薄膜材料消耗少、无需昂贵的真空设备、无需处理有毒气体，可实现大面积沉积；所制备的CIAS薄膜的禁带宽度为1.44eV，是单结太阳能电池的最优带隙，并且其光吸收系数＞106cm-1。

Description

一种Cu(InAl)Se2薄膜的化学制备工艺
技术领域：
本发明涉及一种Cu(InAl)Se2薄膜的化学制备工艺，属于光伏电池技术领域。 
背景技术：
近年来，铜铟硒(CuInSe2，CIS)类薄膜太阳能电池以其较高的转换效率，较低的成本以及较稳定的性能备受关注。其中吸收层CIS类材料是影响电池光电转换效率的关键因素。CulnSe2为直接带隙半导体材料，光吸收系数高，通过掺杂第三或第四族元素可以增加CuInSe2的禁带宽度(Eg)和太阳光谱的配合度而得到更高的转换效率。由这种离子替换演化产生的铜铟镓硒(CIGS)类薄膜太阳能电池具有宽禁带、抗抗射能力强、转换效率高及电池稳定性好的特点，在制备工艺和产业化方面均取得了较大进步。但研究表明，CIGS薄膜太阳能电池当其禁带宽度超过1.3eV时，CIGS吸收层电学性能的退化会导致电池填充因子损失、开路电压下降，因而人们开始寻找新的、可替代的吸收层材料。 
铜铟铝硒(Cu(InAl)Se2，CIAS)是引人注意的黄铜矿型化合物，通过改变Cu/(In+Al)和Al/(In+Al)的值，其涵盖较宽的带隙范围，可以作为CIAS光伏电池的吸收层材料。Al元素所占的比例提高时，薄膜的禁带宽度Eg上升，CIAS禁带宽度可从1.0～2.7eV变化。同时，由于Al的价格比较低廉，采用Al部分替代In，不仅可增大禁带宽度，改善CulnSe2类薄膜太阳能电池的性能，而且还可以大大降低成本，这也正是本发明用Al部分代替In，制备Cu(InAl)Se2多晶薄膜材料的意义所在。 
CIAS薄膜材料的制备方法公知的有蒸发法，磁控溅射法，电化学法，分子束外延法等，此类电池的研究仍面临着许多问题和困难。研究表明，要想获得优良的光伏性能，要求CIAS薄膜材料的元素化学计量比偏离小，各元素分布均匀。因此，精确控制各元素的含量是CIAS薄膜太阳电池制备及光电转换效率提高的技术关键难点。目前，大多数的研究停留在改变合成方法或者成分、温度等条件来进行合成材料-制作器件-测量性能参数的层次，尽管观察到器件性能的变化，却缺乏对微观物理机制的深层理解，对器件性能的优化基于经验。专利(申请号：200910237133)采用真空磁控溅射法制备铜铟硒或铜铟镓硒或铜铟铝硒吸收层，成本高、工艺复杂、需要真空条件。 
发明内容：
针对背景技术提出的问题，本发明的目的在于提供一种太阳电池光吸收材料Cu(InAl)Se2，(CIAS)薄膜的制备工艺，是一种化学沉积的制备方法。其是以钠钙玻璃为基底，首先在基底上采用射频(RF)磁控溅射方法溅射钼(Mo)金属制作背电极，然后在Mo背电极上采用化学水浴法(CBD)沉积CIAS薄膜。 
本发明的具体实施步骤为： 
采用射频(RF)磁控溅射方法，先在钠钙玻璃(Soda-lime Gass)基底上溅射钼(Mo)金属层，然后采用化学水浴法在钼(Mo)金属层上沉积CIAS薄膜，最后将样品取出自然晾于，得到CIAS吸收层薄膜。 
本发明与公知技术相比具有的优点及积极效果： 
1.化学水浴法是一种非真空的无电沉积技术，操作简单，无需复杂、昂贵的真空设备。采用化学水浴法制备CIAS薄膜材料消耗少、无需昂贵的真空设备、无需处理有毒气体，可实现大面积沉积；2.实验测量发现，CIAS薄膜的禁带宽度为1.44eV，是单结太阳能电池的最优带隙，并且其光吸收系数＞106cm-1。 
附图说明：
图1为本发明提供的Cu(InAl)Se2(CIAS)薄膜沉积结构示意图。 
具体实施方式：
(1)将尺寸为10mm×10mm的钠碱玻璃基底依次采用洗涤剂、蒸馏水、异丙酮及乙醇进行超声清洗10分钟，并用氮气干燥30分钟； 
(2)采用射频(RF)磁控溅射工艺在基底上沉积1μm厚的钼层制前驱体作为背电极(称为前驱体)； 
(3)用去离水配制反应液：其含浓度为0.2摩尔的CuSO4溶液7.5摩尔、含浓度为0.1的摩尔柠檬酸三钠溶液7.5摩尔、含浓度为0.1摩尔的InCl3的溶液6.25摩尔、含浓度为0.05摩尔的柠檬酸溶液12.5摩尔、含1000毫克硒的溶液10摩尔及含浓度为0.1摩尔的Al2SO4溶液6.25摩尔，反应液的pH值为10； 
(4)将反应液加热至50±2℃，并保持该温度10分钟； 
(5)将制备好的前驱体悬挂放入反应液中，使其紧靠容器内壁，避免沉积过程中摆动，影响成膜性能，反应沉积CIAS薄膜，沉积过程中反应液温度保持在50±5℃，持续60分钟，将样品取出自然晾于，得到60-65nm(纳米)厚的CIAS薄膜。 

Claims (2)

1.一种Cu(InAl)Se2薄膜的化学制备工艺，其特征在于：采用射频磁控溅射方法，先在钠钙玻璃基底上溅射钼金属层作为背电极，然后采用化学水浴法在钼金属层上沉积CIAS薄膜，最后将样品取出自然晾于，得到CIAS吸收层薄膜，其按以下步骤完成，
(1)将尺寸为10mm×10mm的钠碱玻璃基底依次采用洗涤剂、蒸馏水、异丙酮及乙醇进行超声清洗10分钟，并用氮气干燥30分钟；
(2)采用射频(RF)磁控溅射工艺在基底上沉积1μm厚的钼层制前驱体作为背电极；
(3)用去离水配制反应液：其含浓度为0.2摩尔的CuSO4溶液7.5摩尔、含浓度为0.1摩尔的柠檬酸三钠溶液7.5摩尔、含浓度为0.1摩尔InCl3溶液6.25摩尔、含浓度为0.05摩尔的柠檬酸溶液12.5摩尔、含1000毫克硒的溶液10摩尔及含浓度为0.1摩尔的Al2SO4溶液6.25摩尔，反应液的pH值为10；
(4)将反应液加热至50±2℃，并保持该温度10分钟；
(5)将制备好的前驱体悬挂放入反应液中，反应沉积CIAS薄膜，沉积过程中反应液温度保持在50±5℃，持续沉积60分钟，将其取出自然晾于，得到60-65nm(纳米)厚的CIAS薄膜。
2.根据权利要求1所述的Cu(InAl)Se2薄膜的化学制备工艺，，其特征在于：制备好的前驱体悬挂放入反应液中，使其紧靠容器内壁，避免沉积过程中摆动。
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