CN105655235A - 一种基于连续蒸发工艺制备梯度带隙光吸收层的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于连续蒸发工艺制备梯度带隙光吸收层的方法和装置，该方法和装置基于连续蒸发工艺，通过控制Ga、In和Cu等金属蒸发源的蒸发速率，设计各元素的蒸发顺序以及工艺流程，可在柔性衬底以及刚性衬底上连续制备出具有合适带隙梯度的大面积CIGS吸收层。同时，通过设计连续蒸发的工艺流程可控制元素扩散等薄膜生长过程，能够制备出具有较好结晶质量的CIGS薄膜，提高柔性CIGS薄膜太阳电池的性能。相比于先前的专利，该方法涉及工艺步骤少，技术方案简单，得到的CIGS薄膜带隙梯度结构简单、连续，而且易于实现吸收层的连续化沉积。
Description
技术领域
本发明属于铜铟镓硒薄膜太阳电池技术领域，尤其是涉及一种基于连续蒸发工艺制备梯度带隙光吸收层的方法和装置，该装置和方法可实现该领域中基于刚性或柔性衬底的铜铟镓硒薄膜电池以及大面积电池组件的制备。
背景技术
相比于硅基薄膜、碲化镉等其他薄膜太阳电池，铜铟镓硒(化学式为Cu(In1-x,Gax)Se2，以下简称CIGS薄膜太阳电池具有光电转换效率高、稳定性好，抗辐射能力强等优势，被认为是最有前途的光伏器件之一。特别是柔性衬底铜铟镓硒薄膜电池，具有质量比能量高，可覆盖弯曲或异性的表面，适合卷对卷制备以及电池组件单片集成等特点，可应用领域十分广泛。2013年，瑞士联邦技术学院(EMPA)使用共蒸发方法在聚酰亚胺衬底上制备的铜铟镓硒薄膜太阳电池效率达到20.4％(电池面积约0.5cm2)，美国Ascentsolar、GlobalSolarEnergy等公司已经实现了柔性CIGS薄膜电池组件的批量生产。2014年，德国Manz公司斯图加特研发中心(wurthsolar)制备的刚性衬底CIGS薄膜太阳电池效率达到21.7％(电池面积约0.5cm2),首次超过的多晶硅电池效率的世界纪录，并且该公司已近出售大面积CIGS电池商业化组件及生产线。在CIGS薄膜太阳电池技术领域，实验室技术不断取得突破，并逐渐向大面积电池组件生产线上转化，推动了整个薄膜太阳电池领域技术的进步和产业化发展。
CIGS薄膜电池及组件性能不断取得突破，主要归因于CIGS吸收层光电性能的优化以及相应制备技术的进步。在CIGS薄膜太阳电池中，吸收层薄膜作为太阳电池PN结中的P层，承担着大多数光生载流子的输运和收集工作，其物理特性对CIGS薄膜太阳电池性能具有决定性的影响。根据晶体学理论，CIGS属于Ⅰ－Ⅲ－Ⅵ族化合物半导体材料，其晶体结构为黄铜矿结构,此结构由两个面心立方晶格套构而成，一个是由阴离子Se组成的面心立方晶格，另一个是由阳离子Cu、In共同构成的面心立方晶格。其中掺入的Ga原子部分地替代In原子，使CIGS材料的带隙在1.04～1.68eV范围内可调，如公式(1)，其中b为实验测得的能带弯曲系数，一般公认为0.15-0.24eV，x为CIGS薄膜中Ga原子所占的比例，CIS为CuInSe2简称，CGS为CuGaSe2简称。
Eg(x)＝(1-x)Eg(CIS)+xEg(CGS)-bx(1-x)(1)
先前研究表明，Ga使Cu(In1-x,Gax)Se2化合物在相图中的稳定区增大，提高了制备该类化合物薄膜的光电性质稳定性和一致性，降低了工艺难度。随着x从0开始增加，Cu(In1-x,Gax)Se2能带的导带底上移，使空间电荷区附近禁带宽度增大，相应电池的Voc增加，光电转换效率增加。然而，当x>0.3时，电池效率开始随禁带宽度的增大而下降，如图1所示。这主要归因于较高的Ga含量使吸收层内缺陷浓度显著增大，光生少数载流子被大量复合，其扩散长度和寿命减小，抑制了Voc增加，同时，造成电池填充因子FF的下降。此外，吸收层禁带宽度的增大，降低了其对低能光子的吸收，引起电池短路电流的下降一首电池对低能量光子的吸收，导致短路电流Jsc减小。
美国国家可再生能源实验室采用共蒸发三步法制备CIGS薄膜，在薄膜生长过程中，与In原子相比，在相同温度下，Ga原子与Cu、Se原子及其硒化物发生化学反应的速率较低，元素通过化学反应及互扩散自然形成了Ga元素的梯度分布，得到的吸收层表面和背电极附近的Ga含量较高，其示意图如图2所示。吸收层表面带隙的提高，可以增大空间电荷区(SCR)的禁带宽度，从而提高了Voc。同时，高能量的光子在薄膜表面宽带隙处被吸收，而低能量的光子在带隙较窄的薄膜内部被吸收，有效扩宽了电池的光谱响应范围，CIGS薄膜电池效率得到显著提升。目前，具有光电转换效率世界纪录的CIGS薄膜太阳电池的吸收层就是由共蒸发三步法工艺制备的。
然而，共蒸发三步法工艺过程较为复杂，在制备吸收层的过程中需要多次改变蒸发源温度和衬底温度，不适合于大面积CIGS吸收层的连续化沉积。目前，国内外多采用一步共蒸发或在线连续蒸发技术制备大面积CIGS吸收层，这些蒸发工艺生长CIGS薄膜的过程与共蒸发三步法不同。实验结果证实，仅仅依靠元素自然反应和扩散难以在CIGS吸收层内实现如图2所示的带隙梯度。先前已有专利(申请号：CN201510174947和CN201520222844)提出一种具有梯度结构的铜铟镓硒薄膜太阳电池及其制备方法，即制备具有能隙梯度的Cuy(In1-xGax)Se2多层结构，充分吸收和利用太阳光谱，形成较大电流而提高薄膜太阳能电池的效率。显然，无论是薄膜结构还是制备工艺，多层结构吸收层都比具有梯度带隙的单层CIGS薄膜更为复杂，这种技术难以应用于大面积CIGS薄膜的连续化沉积。有专利(申请号：CN201310332299)提出一种制备具有梯度带隙吸收层的方法，即首先利用电镀工艺制备一层吸收层薄膜，然后在上面使用涂布法再制备一层更宽带隙的吸收层薄膜，经过硒化热处理后，形成具有梯度带隙的吸收层结构。首先，这种方法使用了3种工艺完成具有不同带隙的两层预制层的制备，其中包括了多个步骤，比上述技术方案更加复杂，不适合大面积CIGS薄膜的连续化沉积。同时，在硒化热处理过程中，为了使具有不同带隙的预制层薄膜中的元素充分互扩散，形成具有合适梯度的吸收层，需要较高的衬底温度，并涉及快速热退火工艺。因此，该技术方案难以实现聚合物衬底CIGS薄膜太阳电池制备，对于大面积玻璃衬底CIGS太阳电池组件的制备，较高的硒化温度可能会使玻璃种产生较大应力，造成衬底弯，甚至开裂，影响电池组件的性能和成品率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种基于连续蒸发工艺制备梯度带隙光吸收层的方法和装置，制备出具有合适梯度带隙和较好结晶质量的CIGS吸收层，其带隙与太阳光谱更加匹配，有效提高电池器件对近红外波段的外量子效率，有利于电池短路电流的提高。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于连续蒸发工艺制备梯度带隙光吸收层的装置，包括三个沉积腔室、真空阀门和抽真空系统，抽真空系统位于装置两端，用于维持装置镀膜时腔室的真空度，在沉积腔室与抽真空系统之间安装真空阀门；
三个沉积腔室从左向右依次为第一腔室、第二腔室和第三腔室，三个沉积腔室之间通过不锈钢板焊接，使用Mo金属板对相邻箱体进行隔离，Mo板高度高于蒸发源的位置而低于柔性衬底的位置；
在所述第一腔室中自左至右均匀分布四列不同金属元素的蒸发源，每列为同一种金属元素，两个对称倾斜摆放的圆柱状蒸发源，分布于衬底幅宽方向两侧的边沿处，对应在每个蒸发源的下面有一个蒸发源加热器；自左至右的蒸发源称作第一腔室Ga源、第一腔室In源、第一腔室Se源；对应的加热器为第一腔室Ga源加热器、第一腔室In源加热器、第一腔室Se源加热器；
在所述第二腔室中自左至右均布固装四列不同种类材料的蒸发源，每列为同一种类、两个对称倾斜摆放的圆柱状蒸发源，分布于衬底幅宽方向两侧的边沿处，对应在每个蒸发源的下面有一个蒸发源加热器；自左至右的蒸发源称作第二腔室Se源、第二腔室Ga源、第二腔室In源、第二腔室Cu源；对应的加热器为第二腔室Se源加热器、第二腔室Ga源加热器、第二腔室In源加热器、第二腔室Cu源加热器；
在所述第三腔室中自作至右均布固装三列不同种类材料的蒸发源，每列为同一种类、两个对称倾斜摆放的圆柱状蒸发源，分布于衬底幅宽方向两侧的边沿处，对应在每个蒸发源的下面有一个蒸发源加热器；自左至右的蒸发源称作第三腔室Ga源、第三腔室In源、第三腔室NaF蒸发源，第三腔室Se蒸发源；对应的加热器为第三腔室Ga源加热器、第三腔室In源加热器、第三腔室NaF源加热器、第三腔室Se源加热器；
以上各蒸发源上均固装有测量温度的热电偶，将测量的信号反馈给位于沉积薄膜室外面的PID程序控制器，由PID程序控制器控制对应加热装置是否启动，以此控制各蒸发源的蒸发速率以及升温速率；
整个沉积腔室上部分别架有两个位于同一平面且相互平行的滚轴作为始端滚轴和终端滚轴，始端滚轴上有卷状镀有Mo电极的不锈钢、钛箔或聚酰亚胺塑料作为柔性衬底，柔性衬底的外端头固装于终端滚轴表面，两滚轴之间的柔性衬底形成水平平面，镀有Mo电极的一面位于水平平面的下方，柔性衬底行进时，始端滚轴和终端滚轴形成卷对卷转动；衬底上方安装有衬底加热装置，分别是第一腔室衬底加热装置，第二腔室衬底加热装置和第三腔室衬底加热装置；在第一与第二腔室，以及第二和第三腔室之间分别安装有原位X荧光光谱装置，用于在线检测IGS薄膜的厚度和Ga含量，以及薄膜沉积过程中的Max[Cu/(In+Ga)]，并根据测试结果反馈电信号给蒸发源加热控制系统，用于控制各金属蒸发源蒸发速率。
一种基于连续蒸发工艺制备梯度带隙光吸收层的装置，只有衬板部分不同：整个沉积腔室上部安装有均热板，均热板材质为不锈钢，均热板带有传动装置，能够水平地自左向右移动，刚性衬底通过位于均热板上的支架固定，使其能够随均热板以恒定速度水平移动；衬底镀有Mo电极的一面位于均热板的下方，面向蒸发源；均热板上方安装有衬底加热装置，分别是第一腔室衬底加热装置，第二腔室衬底加热装置和第三腔室衬底加热装置，在第一与第二腔室，以及第二和第三腔室之间分别安装有原位X荧光光谱装置，用于在线检测IGS薄膜的厚度和Ga含量，以及薄膜沉积过程中的Max[Cu/(In+Ga)]，并根据测试结果反馈电信号给蒸发源加热控制系统，用于控制各金属蒸发源蒸发速率。
通过控制第一腔室的In和Ga的蒸发温度，调节IGS薄膜厚度、成分比例，实现Mo/CIGS界面附近的带隙梯度；通过控制第二腔室的Cu、In、和Ga的蒸发温度，调节薄膜生长过程中的Max[Cu/(In+Ga)]，影响Ga元素的扩散速率，并通过第三腔室蒸发蒸发少量的Ga和In元素，实现CIGS吸收层内部及表面附近的带隙梯度控制。
第一腔室用于沉积高Ga含量的(In1-x,Gax)2Se3薄膜层称IGS，0.8>x>0.4，薄膜厚度为150nm-300nm，该层薄膜与随后沉积的Cu、Se元素反应，通过控制IGS薄膜厚度和成分比例，在吸收层底部CIGS/Mo界面附近形成一定的带隙梯度。
所述第一腔室和第二腔室之间设置的在线X射线荧光光谱仪，检测IGS薄膜的厚度和x比值，反馈给蒸发源加热控制系统，控制In、Ga蒸发源温度。
所述第二腔室用于蒸发沉积Cu、In、Ga元素，控制沉积过程中的Max[Cu/(In+Ga)]控制在1-1.5范围内，通过控制薄膜生长过程中的Max[Cu/(In+Ga)]比值，调节Ga元素的扩散速率，在吸收层内部及表面附近形成带隙梯度。
所述第二腔室和第三腔室之间设置在线X射线荧光光谱仪，检测并控制薄膜沉积过程中的Max[Cu/(In+Ga)]比值，反馈给蒸发源加热控制系统，控制Cu、In、Ga蒸发源温度。
所述第三腔室蒸发In、Ga和Se，在控制第二腔室薄膜的Max[Cu/(In+Ga)]比值的基础上，通过控制蒸发温度，调节吸收层表面的带隙梯度。
所述CIGS薄膜的沉积厚度均为1μm-3μm，Ga含量最低点均在0.2μm-0.7μm，控制Mo/CIGS薄膜界面附近Ga浓度梯度在0.25-0.5范围内，吸收层表面附近的Ga浓度梯度在0.1-0.35范围内。
本发明的有益效果是：本发明基于连续蒸发工艺，沉积具有带隙梯度结构的大面积CIGS吸收层。通过控制Ga、In和Cu等金属蒸发源的蒸发速率，在柔性或刚性衬底上制备出具有梯度带隙结构的小面积CIGS薄膜。可制备出具有合适梯度带隙和较好结晶质量的CIGS吸收层，其带隙与太阳光谱更加匹配，有效提高电池器件对近红外波段(主要是800-1100nm波段)的外量子效率，有利于电池短路电流的提高。
附图说明
图1CIGS薄膜电池效率与吸收层禁带宽度之间的关系；
图2CIGS薄膜内梯度带隙结构的示意图；
图3不同Max[Cu/(In+Ga)]对应的CIGS薄膜内部和表面附近Ga梯度的变化：(a)Max[Cu/(In+Ga)]＝1.8，(b)Max[Cu/(In+Ga)]＝1.5，(c)Max[Cu/(In+Ga)]＝1.2，(d)Max[Cu/(In+Ga)]＝0.95；
图4基于柔性或刚性衬底的CIGS薄膜太阳电池结构示意图；
图中：1-栅电极；2-窗口层i-ZnO&ZnO:Al；3-n型CdS缓冲层；4-CIGS吸收层；5-Mo电极层；6-柔性衬底；7-减反射层；
图5CIGS薄膜中Ga元素沿厚度分向的分布，形成明显的梯度结构；
图6具有梯度带隙的CIGS薄膜剖面形貌；
图7吸收层具有合适梯度带隙的CIGS薄膜太阳电池外量子效率和电池性能；
图8基于连续蒸发工艺在柔性衬底上卷对卷制备具有带隙梯度的大面积吸收层的装置结构；
图中：8-第一腔室；9-第二腔室；10-第三腔室；11-放卷端滚轴；12-收卷端滚轴；13-第一室对应衬底加热器；14-第二室对应衬底加热器；15-柔性衬底；16-真空阀门；17-抽真空系统；18-第三室对应衬底加热器；19-X射线荧光在线检测装置；20-第一室Ga蒸发源；21-第一室Ga源加热器；22-第一室In蒸发源；23-第一室In源加热器；24-第一室Se蒸发源；25-第一室Se源加热器；26-第二室Se蒸发源；27-第二室Se源加热器；28-第二室Cu蒸发源；29-第二室Cu源加热器；30-第二室Ga蒸发源；31-第二室Ga源加热器；32-第二室In蒸发源；33-第二室In源加热器；34-第三室Ga蒸发源；35-第三室Ga源加热器；36-第三室In蒸发源；37-第三室In源加热器；38-第三室NaF蒸发源；39-第三室NaF源加热器；40-第三室Se蒸发源；41-第三室Se源加热器。
图9基于连续蒸发工艺在刚性衬底上沉积具有带隙梯度的大面积吸收层的装置结构；
图中：42-带有传动装置的均热板；43-固定衬底的支架；44-刚性衬底；其余部分与图8中的装置结构相同。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
本发明仅采用蒸发工艺，可连续沉积具有梯度带隙的单层CIGS吸收层。相比于先前的专利，该方法涉及工艺步骤少，技术方案简单，得到的CIGS薄膜带隙梯度结构简单、连续，而且易于实现吸收层的连续化沉积。该方法和装置基于连续蒸发工艺，通过控制Ga、In和Cu等金属蒸发源的蒸发速率，设计各元素的蒸发顺序以及工艺流程，可在柔性衬底以及刚性衬底上连续制备出具有合适带隙梯度的大面积CIGS吸收层。得到的CIGS薄膜带隙与太阳光谱更加匹配，有效提高电池对近红外波段(主要是800-1100nm波段)的外量子效率，提高电池的短路电流；吸收层表面合适的Ga梯度有利于提高电池的开路电压；同时，通过设计连续蒸发的工艺流程可控制元素扩散等薄膜生长过程，能够制备出具有较好结晶质量的CIGS薄膜，提高柔性CIGS薄膜太阳电池的性能。
本发明在刚性或柔性衬底上制备具有梯度带隙结果的CIGS吸收层及薄膜太阳电池，采用如下技术方案：
基于连续蒸发工艺，沉积大面积CIGS吸收层。首先通过控制Ga元素的蒸发速率，沉积一层高Ga含量的(In1-x,Gax)2Se3(简称IGS，0.8>x>04)薄膜层，厚度为150nm-300nm。该层薄膜与随后沉积的Cu、Se元素反应，可在吸收层底部(CIGS/Mo界面)附近形成一定的带隙梯度。通过调节x的比值，可调节吸收层底部的带隙梯度。随后在足够的Se气压下依次蒸发Cu、In、Ga元素，在薄膜沉积过程中采用在线X荧光光谱装置检测薄膜生长过程中Max[Cu/(In+Ga)]，通过控制Cu、In、和Ga的蒸发温度，将Max[Cu/(In+Ga)]控制在1-1.5范围内。通过控制薄膜生长过程中的Max[Cu/(In+Ga)]比值，调节Ga元素的扩散速率，在吸收层内部及表面附近形成带隙梯度。此外，在依次蒸发Cu、In、Ga元素后，再依次蒸发少量的Ga和In元素，通过控制其蒸发速率，可以更精细地调节吸收层表面的带隙梯度。
本发明依据的理论基础为CIGS薄膜生长过程中金属元素的扩散机制。在CIGS薄膜生长过程中，由Fick定律可知，IGS薄膜中的In和Ga原子会由于自身存在的浓度梯度而向薄膜表面扩散，与随后蒸发的Cu元素或Cu-Se化合物反应。元素在晶体中的扩散主要包括三种不同的机制：1)旋转的互交换；2)通过间隙位置迁移；3)通过晶格空位扩散。按照能量最低化原则，CIGS薄膜生长过程中In、Ga元素的扩散机制主要是通过晶格空位扩散。扩散系数跟扩散元素的长度、扩散材料及扩散温度有关。先前研究表明，CIGS薄膜中Se空位形成后，为了保持局域内的电荷中性，其会诱导金属空位的形成(如Cu空位的产生，其形成能仅为30meV左右)。In、Ga元素借助金属空位进行扩散。根据薄膜生长的化学反应机理，在相同的衬底温度下，形成Cu-In-Se三元化合相的反应速率比形成Cu-Ga-Se三元相更快，在浓度梯度的作用下，IGS薄膜中的In原子比Ga原子向表面的扩散速率更快。因此，在CIGS/Mo界面附近形成Ga元素的梯度分布。本发明通过控制IGS薄膜中Ga含量以及IGS薄膜的厚度，调节吸收层底部附近的带隙梯度。同样依据上述In、Ga原子的扩散理论，在依次蒸发Cu、In、Ga元素过程中，采用控制Cu、In和Ga的蒸发温度的方法，控制CIGS薄膜生长过程中的Max[Cu/(In+Ga)]，当Max[Cu/(In+Ga)]>1时，薄膜中形成CuxSe等富铜化合相，同时产生较多的In、Ga和Se空位。随后沉积的Ga原子借助这些空位进行扩散，空位浓度随Max[Cu/(In+Ga)]的比值(即吸收层的富铜程度)变化，进而影响Ga元素的扩散速率。采用本发明提出的方法和装置沉积CIGS吸收层，通过二次离子质谱(SIMS)研究了不同Max[Cu/(In+Ga)]比值对应的吸收层内部和表面附近的Ga元素沿薄膜深度方向的分布结构，如图3所示。随着Max[Cu/(In+Ga)]的改变，吸收层内部Ga含量最小值的位置以及表面附近Ga梯度出现明显的变化。这一结果说明，通过控制Max[Cu/(In+Ga)]可以调节吸收层内部及表面附近的带隙梯度，证实了本发明提出的技术方案的可行性。采用梯度计算公式，只考虑CIGS薄膜深度方向的一维情况，以吸收层内部Ga含量最低点为参考基点，参照图5所示，CIGS薄膜的沉积厚度均为2μm左右，Ga含量最低点均在0.4μm左右，通过上述方法，本发明控制Mo/CIGS薄膜界面附近Ga浓度梯度在0.25-0.5范围内，吸收层表面附近的Ga浓度梯度在0.1-0.35范围内。
基于连续蒸发工艺，沉积大面积CIGS吸收层。本发明设计的沉积装置包含三个相互连通的真空腔室。第一个腔室用于沉积高Ga含量的IGS薄膜层，该腔室中设置了对称排列的两个Ga源、两个In源和两个Se源，通过控制Ga、In元素的蒸发温度，调节IGS薄膜厚度在150nm-300nm之间，调节x＝Ga/(In+Ga)的比值，其调节范围是0.8>x>04，通过位于第一与第二腔室之间的在线X荧光光谱装置检测薄膜厚度及x比值，控制吸收层底部(CIGS/Mo界面)附近的带隙梯度。第二个腔室用于沉积CIGS薄膜，腔室中设置了对称排列的两个Cu源、两个In源、两个Ga源和两个Se源，在薄膜沉积过程中采用在线X荧光光谱装置检测薄膜生长过程中的Cu/(In+Ga)，通过控制Cu、In、Ga蒸发源的温度，控制Max[Cu/(In+Ga)]控制在1-1.5范围内，进而影响Ga元素的扩散速率，控制吸收层内部及表面的带隙梯度。第三个腔室用于蒸发少量的Ga和In元素，该腔室中设置了对称排列的两个Ga源、两个In源和两个Se源，通过控制In和Ga的蒸发温度，可以更精细地调节吸收层表面的带隙梯度。当采用不含碱金属的衬底时，第三腔室还设置了两个对称排布的NaF蒸发源，用于在吸收层中掺杂一定量的碱金属元素。
所述的基于柔性或刚性衬底的CIGS薄膜太阳电池包含多层结构，如图4所示。采用柔性衬底(包括PI衬底，金属衬底等)，其上结构依次为：Mo底电极(厚度约为0.5～1μm)；p型CIGS吸收层(厚度在1～3μm之间)；n型CdS缓冲层(厚度约为50nm)；i-ZnO层和ZnO:Al窗口层(厚度分别为50nm和300～500nm)；Ni/Al金属栅电极。对于小面积CIGS薄膜太阳电池，为了减小因电池表面反射而造成的光吸收损失，提高电池性能，在上述电池结构的表面沉积一层厚度约为100nm的MgF2减反射层。
1、本发明可基于连续蒸发工艺，沉积具有带隙梯度结构的大面积CIGS吸收层。该方法通过控制不同腔室中Cu、Ga和In的蒸发速率，设计合适的蒸发顺序和工艺流程，即可得到具有连续带隙梯度的单层CIGS吸收层如图5所示。沉积的CIGS薄膜厚度约为2μm，几乎贯穿整吸收层的柱状大晶粒紧密排列，具有很好的结晶质量。相比于先前的专利，该方法涉及工艺步骤少，技术方案简单，装置可满足大面积薄膜的连续化沉积，可应用于柔性或刚性衬底CIGS薄膜及电池组件的批量生产，提高电池产品的光电转换性能。
2、采用该方法和沉积装置可制备出具有合适梯度带隙和较好结晶质量的CIGS吸收层，其带隙与太阳光谱更加匹配，有效提高电池器件对近红外波段(主要是800-1100nm波段)的外量子效率，有利于电池短路电流的提高，如图7所示。同时，吸收层表面合适的Ga梯度有利于提高电池的开路电压。基于本发明提出的方法和装置制备的具有合适梯度带隙的柔性CIGS薄膜太阳电池面积为100cm2，光电转换效率达到8.7％。
为能进一步公开本发明的发明内容、特点及功效，特例举以下实例并结合图进行详细说明如下：
实施例1
采用连续蒸发工艺，在柔性衬底/Mo薄膜上卷对卷沉积大面积CIGS吸收层，所述的柔性衬底包括聚酰亚胺、不锈钢、钛、铜、钼等箔片，衬底厚度为25-50μm。制备出的CIGS薄膜具有梯度带隙结构，如图3所示。本发明设计的沉积装置参见图8。按照图4所示的结构制备柔性CIGS薄膜太阳电池。图8所示的装置是用于卷对卷沉积具有梯度带隙CIGS薄膜的真空腔室，整体呈长方体形状，使用#316不锈钢板，通过无缝焊接工艺制成；在真空腔体表面无缝焊接了水冷管路，通入的冷水温度在20℃左右。装置包括三个沉积腔室、真空阀门和抽真空系统。抽真空系统17位于装置两端，用于维持装置镀膜时腔室的真空度。在沉积腔室与抽真空系统之间安装真空阀门16。
三个沉积腔室(从左向右)分别为第一腔室8、第二腔室9和第三腔室10。第一腔室8用于沉积高Ga含量的(In1-x,Gax)2Se3(简称IGS，0.8>x>0.4)薄膜层，薄膜厚度约为150nm-300nm，与随后沉积的Cu、Se元素反应。通过位于第一与第二腔室之间的在线X荧光光谱装置检测薄膜厚度及x比值，实现吸收层底部(CIGS/Mo界面)附近带隙梯度的控制。第二腔室9用于蒸发Cu、Ga和In三种金属元素，在足量的硒气压下沉积CIGS薄膜。通过调节Cu与In、Ga的蒸发温度，影响Ga的扩散及分布梯度。第三腔室10用于补充蒸发少量的Ga和In元素，更精细地调节吸收层表面的带隙梯度。三个沉积腔室之间通过不锈钢板焊接，使用Mo金属板对相邻箱体进行隔离，Mo板高度高于蒸发源的位置而低于柔性衬底的位置，其主要作用是防止相邻腔室中蒸发源的相互影响，使柔性衬底在各个腔室中独立完成相应的沉积过程。
在所述第一腔室8中自左至右均匀分布四列不同金属元素的蒸发源，每列为同一种金属元素，两个对称倾斜摆放的圆柱状蒸发源；分布于衬底幅宽方向两侧的边沿处，对应在每个蒸发源的下面有一个蒸发源加热器；自左至右的蒸发源称作第一腔室Ga源20、第一腔室In源22、第一腔室Se源24；对应的加热器(包括控制系统)为第一腔室Ga源加热器21、第一腔室In源加热器23、第一腔室Se源加热器25。在所述第二腔室9中自左至右均布固装四列不同种类材料的蒸发源，每列为同一种类、两个对称倾斜摆放的圆柱状蒸发源；分布于衬底幅宽方向两侧的边沿处，对应在每个蒸发源的下面有一个蒸发源加热器；自左至右的蒸发源称作第二腔室Se源26、第二腔室Ga源30、第二腔室In源32、第二腔室Cu源28；对应的加热器(包括控制系统)为第二腔室Se源加热器27、第二腔室Ga源加热器31、第二腔室In源加热器33、第二腔室Cu源加热器29。在所述第三腔室10中自作至右均布固装三列不同种类材料的蒸发源，每列为同一种类、两个对称倾斜摆放的圆柱状蒸发源；分布于衬底幅宽方向两侧的边沿处，对应在每个蒸发源的下面有一个蒸发源加热器；自作至右的蒸发源称作第三腔室Ga源34、第三腔室In源36、第三腔室NaF蒸发源38，第三腔室Se蒸发源40；对应的加热器(包括控制系统)为第三腔室Ga源加热器35、第三腔室In源加热器37、第三腔室NaF源加热器39第三腔室Se源加热器41。以上各蒸发源上均固装有测量温度的热电偶，将测量的信号反馈给位于沉积薄膜室外面的PID程序控制器，由PID程序控制器控制对应加热装置是否启动，以此控制各蒸发源的蒸发速率以及升温速率。
整个沉积腔室上部分别架有两个位于同一平面且相互平行的滚轴作为始端滚轴11和终端滚轴12，始端滚轴上有卷状镀有Mo电极的不锈钢、钛箔或聚酰亚胺塑料作为柔性衬底15，柔性衬底的外端头固装于终端滚轴表面，两滚轴之间的柔性衬底形成水平平面，镀有Mo电极的一面位于水平平面的下方，柔性衬底行进时，始端滚轴和终端滚轴形成卷对卷转动。衬底上方安装有衬底加热装置，分别是第一腔室衬底加热装置13，第二腔室衬底加热装置14和第三腔室衬底加热装置18。在第一与第二腔室，以及第二和第三腔室之间分别安装有原位X荧光光谱装置19，用于在线检测IGS薄膜的厚度和Ga含量，以及薄膜沉积过程中的Max[Cu/(In+Ga)]，并根据测试结果反馈电信号给蒸发源加热控制系统，用于控制各金属蒸发源蒸发速率。
采用图8所示的装置制备具有梯度带隙的CIGS吸收层，具体工艺条件和流程如下：
首先，使用磁控溅射的方法在柔性衬底上沉积0.8μm厚的Mo金属作为电池的正极。使用位于沉积装置两端的抽真空系统17将向装置内抽气，使各腔室的背景压强达到5×10- 4Pa以下。在第一腔室8中，首先沉积一层高Ga含量的(In1-x,Gax)2Se3(简称IGS，0.8>x>0.4)薄膜层，厚度为150nm-300nm。沉积过程中，第一腔室的真空压强保持在1×10-3Pa左右，衬底温度在400℃～500℃之间范围内保持恒定，衬底以20mm/min的速度依次通过Ga和In蒸发源，腔室中始终保持足够的Se气氛，以保证沉积到衬底上的In、Ga元素与Se元素充分反应，形成(In1-x,Gax)2Se3相。Ga、In蒸发源的温度分别恒定为900℃-1050℃、800℃-950℃，Se蒸发源在200℃～270℃范围内保持恒定。IGS薄膜与随后沉积的Cu、Se元素反应，可在吸收层底部(CIGS/Mo界面)附近形成一定的带隙梯度。通过控制Ga元素的蒸发速率，改变x的比值，调节吸收层在CIGS/Mo界面附近的带隙梯度。
然后，衬底进入第二腔室9，在IGS薄膜上继续沉积CIGS薄膜。第二腔室的真空压强保持在1×10-3Pa左右，衬底温度在400℃-500℃之间恒定，衬底以20mm/min的速度依次通过Cu、Ga和In蒸发源，各源的蒸发温度为1100-1300℃、900℃-1050℃和800℃-950℃。Se蒸发源在200℃～270℃范围内保持恒定，以保证足够的Se饱和蒸汽压。薄膜的沉积速率约为50nm/min。在薄膜沉积过程中，采用在线X荧光光谱装置检测Cu/(In+Ga)，并根据测试结果反馈电信号给金属蒸发源加热控制系统，控制Cu等金属蒸发源蒸发速率。改变CIGS薄膜生长过程中的Max[Cu/(In+Ga)]，当1.5>Max[Cu/(In+Ga)]>1时，薄膜中形成CuxSe等富铜化合相，同时产生较多的In、Ga和Se空位。随后沉积的Ga原子借助这些空位进行扩散，空位浓度随Max[Cu/(In+Ga)]的比值(即吸收层的富铜程度)变化，影响Ga元素的扩散速率，进而控制吸收层内部及表面的带隙梯度，如图3所示。
最后，衬底进入进入第三腔室10，再依次蒸发少量的Ga和In元素，通过控制其蒸发温度，更精细地调节吸收层表面的带隙梯度。最终得到厚度约为2μm的CIGS吸收层，该层薄膜具有带隙梯度，同时具有很好的结晶质量。如图3(a)、和图6所示。
按照图4所示的电池结构，在CIGS吸收层上依次用卷对卷化学水浴法沉积50nm厚度的CdS缓冲层，用卷对卷射频磁控溅射法沉积i-ZnO/ZnO:Al窗口层，两层薄膜的厚度分别为50nm和500nm。最后使用卷对卷丝网印刷工艺制备Ag或Al栅电极，Ag或Al厚度为2-20μm，，得到大面积柔性CIGS薄膜太阳电池。CIGS吸收层具有梯度带隙结构，与太阳光谱更加匹配，有效提高了电池器件对近红外波段(主要是800-1100nm波段)的外量子效率，如图7所示，有利于电池短路电流的提高。同时，吸收层表面合适的Ga梯度有利于提高电池的开路电压。基于本发明提出的方法和装置制备的具有合适梯度带隙的柔性CIGS薄膜太阳电池面积为100cm2，光电转换效率达到8.7％。
实施例2
采用连续蒸发工艺，在刚性衬底/Mo薄膜上连续沉积大面积CIGS吸收层，所述的刚性衬底包括玻璃等，衬底厚度为1-3mm。制备出的CIGS薄膜具有梯度带隙结构。本发明设计的沉积装置参见图9。按照图4所示的结构制备柔性CIGS薄膜太阳电池。
图9所示的装置是用于连续沉积具有梯度带隙大面积CIGS薄膜的真空腔室，整体呈长方体形状，使用#316不锈钢板，通过无缝焊接工艺制成；在真空腔体表面无缝焊接了水冷管路，通入的冷水温度在20℃左右。装置包括三个沉积腔室、真空阀门和抽真空系统。抽真空系统17位于装置两端，用于维持装置镀膜时腔室的真空度。在沉积腔室与抽真空系统之间安装真空阀门16。
三个沉积腔室(从左向右)分别为第一腔室8、第二腔室9和第三腔室10。第一腔室8用于沉积高Ga含量的(In1-x,Gax)2Se3(简称IGS，0.8>x>0.4)薄膜层，薄膜厚度约为150nm-300nm，与随后沉积的Cu、Se元素反应，通过位于第一与第二腔室之间的在线X荧光光谱装置检测薄膜厚度及x比值，实现吸收层底部(CIGS/Mo界面)附近带隙梯度的控制。第二腔室9用于蒸发Cu、Ga和In三种金属元素，在足量的硒气压下沉积CIGS薄膜。通过调节Cu与In、Ga的相对蒸发速率，影响Ga的扩散及分布梯度。第三腔室10用于补充蒸发少量的Ga和In元素，更精细地调节吸收层表面的带隙梯度。三个沉积腔室之间通过不锈钢板焊接，使用Mo金属板对相邻箱体进行隔离，Mo板高度高于蒸发源的位置而低于柔性衬底的位置，其主要作用是防止相邻腔室中蒸发源的相互影响，使柔性衬底在各个腔室中独立完成相应的沉积过程。
在所述第一腔室8、第二腔室9和第三腔室10中自左至右均匀地分布四列不同金属元素的蒸发源，其对应的金属元素、蒸发源结构及其分布与实施例1所述一致。每组蒸发源及加热装置对应的专利图编号与实施例1所述一致。以上各蒸发源上均安装有测量温度的热电偶，将测量的信号反馈给位于沉积薄膜室外面的PID程序控制器，由PID程序控制器控制对应加热装置是否启动，以此控制各蒸发源的蒸发速率以及升温速率。
整个沉积腔室上部安装有均热板42，均热板材质为不锈钢，主要作用是提高衬底加热的均匀性。均热板42带有传动装置，能够水平地自左向右移动。刚性衬底44通过位于均热板上的支架43固定，使其能够随均热板以恒定速度水平移动。衬底44镀有Mo电极的一面位于均热板的下方，面向蒸发源。均热板42上方安装有衬底加热装置，分别是第一腔室衬底加热装置13，第二腔室衬底加热装置14和第三腔室衬底加热装置18。在第一与第二腔室，以及第二和第三腔室之间分别安装有原位X荧光光谱装置19，用于在线检测IGS薄膜的厚度和Ga含量，以及薄膜沉积过程中的Max[Cu/(In+Ga)]，并根据测试结果反馈电信号给蒸发源加热控制系统，用于控制各金属蒸发源蒸发速率。
采用图9所示的装置连续沉积具有梯度带隙的大面积CIGS薄膜，具体工艺条件和流程如下：
首先，使用磁控溅射的方法在刚性衬底上沉积1μm厚的Mo金属作为电池的正极。使用位于沉积装置两端的抽真空系统17将向装置内抽气，使各腔室的背景压强达到5×10-4Pa以下。在第一腔室8中，首先沉积一层高Ga含量的(In1-x,Gax)2Se3(简称IGS，0.8>x>0.4)薄膜层，厚度为150nm-300nm。沉积过程中，第一腔室的真空压强保持在1×10-3Pa左右，衬底温度在450℃～550℃之间范围内保持恒定，衬底以30mm/min的速度依次通过Ga和In蒸发源，腔室中始终保持足够的Se气氛，以保证沉积到衬底上的In、Ga元素与Se元素充分反应，形成(In1-x,Gax)2Se3相。Ga、In蒸发源的温度分别恒定为900℃-1050℃、800℃-950℃，Se蒸发源在200℃～270℃范围内保持恒定。IGS薄膜与随后沉积的Cu、Se元素反应，可在吸收层底部(CIGS/Mo界面)附近形成一定的带隙梯度。通过控制Ga元素的蒸发速率，改变x的比值，调节吸收层在CIGS/Mo界面附近的带隙梯度。
然后，衬底进入第二腔室9，在IGS薄膜上继续沉积CIGS薄膜。第二腔室的真空压强保持在1×10-3Pa左右，衬底温度在450℃～550℃之间恒定，衬底以30mm/min的速度依次通过Cu、Ga和In蒸发源，各源的蒸发温度为1100-1300℃、900℃-1050℃和800℃-950℃。Se蒸发源在200℃～270℃范围内保持恒定，以保证足够的Se饱和蒸汽压。薄膜的沉积速率约为50nm/min。在薄膜沉积过程中，采用在线X荧光光谱装置检测Cu/(In+Ga)，并根据测试结果反馈电信号给金属蒸发源加热控制系统，控制Cu等金属蒸发源蒸发速率，影响Ga元素的扩散速率，进而控制吸收层内部及表面的带隙梯度。
最后，衬底进入进入第三腔室10，再依次蒸发少量的Ga和In元素，通过控制其蒸发速率，更精细地调节吸收层表面的带隙梯度。最终得到厚度为1.5-2μm的具有梯度带隙结构的CIGS吸收层，如图5所示。
按照图4所示的电池结构，在CIGS吸收层上依次用化学水浴法沉积50nm厚度的CdS缓冲层，用射频磁控溅射法沉积i-ZnO/ZnO:Al窗口层，两层薄膜的厚度分别为50nm和500nm。最后使用采用丝网印刷工艺制备Ag或Al栅电极，Ag或Al厚度为2-20μm，得到基于刚性衬底的大面积CIGS薄膜太阳电池。
以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够理解本发明的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本发明的专利范围，即凡本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的专利范围内。
Claims (9)
1.一种基于连续蒸发工艺制备梯度带隙光吸收层的装置，其特征在于，包括三个沉积腔室、真空阀门和抽真空系统，抽真空系统(17)位于装置两端，用于维持装置镀膜时腔室的真空度，在沉积腔室与抽真空系统之间安装真空阀门(16)；
三个沉积腔室从左向右依次为第一腔室(8)、第二腔室(9)和第三腔室(10)，三个沉积腔室之间通过不锈钢板焊接，使用Mo金属板对相邻箱体进行隔离，Mo板高度高于蒸发源的位置而低于柔性衬底的位置；
在所述第一腔室(8)中自左至右均匀分布四列不同金属元素的蒸发源，每列为同一种金属元素，两个对称倾斜摆放的圆柱状蒸发源，分布于衬底幅宽方向两侧的边沿处，对应在每个蒸发源的下面有一个蒸发源加热器；自左至右的蒸发源称作第一腔室Ga源(20)、第一腔室In源(22)、第一腔室Se源(24)；对应的加热器为第一腔室Ga源加热器(21)、第一腔室In源加热器(23)、第一腔室Se源加热器(25)；
在所述第二腔室(9)中自左至右均布固装四列不同种类材料的蒸发源，每列为同一种类、两个对称倾斜摆放的圆柱状蒸发源，分布于衬底幅宽方向两侧的边沿处，对应在每个蒸发源的下面有一个蒸发源加热器；自左至右的蒸发源称作第二腔室Se源(26)、第二腔室Ga源(30)、第二腔室In源(32)、第二腔室Cu源(28)；对应的加热器为第二腔室Se源加热器(27)、第二腔室Ga源加热器(31)、第二腔室In源加热器(33)、第二腔室Cu源加热器(29)；
在所述第三腔室(10)中自作至右均布固装三列不同种类材料的蒸发源，每列为同一种类、两个对称倾斜摆放的圆柱状蒸发源，分布于衬底幅宽方向两侧的边沿处，对应在每个蒸发源的下面有一个蒸发源加热器；自左至右的蒸发源称作第三腔室Ga源(34)、第三腔室In源(36)、第三腔室NaF蒸发源(38)，第三腔室Se蒸发源(40)；对应的加热器为第三腔室Ga源加热器(35)、第三腔室In源加热器(37)、第三腔室NaF源加热器(39)、第三腔室Se源加热器(41)；
以上各蒸发源上均固装有测量温度的热电偶，将测量的信号反馈给位于沉积薄膜室外面的PID程序控制器，由PID程序控制器控制对应加热装置是否启动，以此控制各蒸发源的蒸发速率以及升温速率；
整个沉积腔室上部分别架有两个位于同一平面且相互平行的滚轴作为始端滚轴(11)和终端滚轴(12)，始端滚轴上有卷状镀有Mo电极的不锈钢、钛箔或聚酰亚胺塑料作为柔性衬底(15)，柔性衬底的外端头固装于终端滚轴表面，两滚轴之间的柔性衬底形成水平平面，镀有Mo电极的一面位于水平平面的下方，柔性衬底行进时，始端滚轴和终端滚轴形成卷对卷转动；衬底上方安装有衬底加热装置，分别是第一腔室衬底加热装置(13)，第二腔室衬底加热装置(14)和第三腔室衬底加热装置(18)；在第一与第二腔室，以及第二和第三腔室之间分别安装有原位X荧光光谱装置(19)，用于在线检测IGS薄膜的厚度和Ga含量，以及薄膜沉积过程中的Max[Cu/(In+Ga)]，并根据测试结果反馈电信号给蒸发源加热控制系统，用于控制各金属蒸发源蒸发速率。
2.一种基于连续蒸发工艺制备梯度带隙光吸收层的装置，其特征在于，包括三个沉积腔室、真空阀门和抽真空系统，抽真空系统(17)位于装置两端，用于维持装置镀膜时腔室的真空度，在沉积腔室与抽真空系统之间安装真空阀门(16)；
三个沉积腔室从左向右依次为第一腔室(8)、第二腔室(9)和第三腔室(10)，三个沉积腔室之间通过不锈钢板焊接，使用Mo金属板对相邻箱体进行隔离，Mo板高度高于蒸发源的位置而低于刚性衬底的位置；
在所述第一腔室(8)中自左至右均匀分布四列不同金属元素的蒸发源，每列为同一种金属元素，两个对称倾斜摆放的圆柱状蒸发源，分布于衬底幅宽方向两侧的边沿处，对应在每个蒸发源的下面有一个蒸发源加热器；自左至右的蒸发源称作第一腔室Ga源(20)、第一腔室In源(22)、第一腔室Se源(24)；对应的加热器为第一腔室Ga源加热器(21)、第一腔室In源加热器(23)、第一腔室Se源加热器(25)；
在所述第二腔室(9)中自左至右均布固装四列不同种类材料的蒸发源，每列为同一种类、两个对称倾斜摆放的圆柱状蒸发源，分布于衬底幅宽方向两侧的边沿处，对应在每个蒸发源的下面有一个蒸发源加热器；自左至右的蒸发源称作第二腔室Se源(26)、第二腔室Ga源(30)、第二腔室In源(32)、第二腔室Cu源(28)；对应的加热器为第二腔室Se源加热器(27)、第二腔室Ga源加热器(31)、第二腔室In源加热器(33)、第二腔室Cu源加热器(29)；
在所述第三腔室(10)中自作至右均布固装三列不同种类材料的蒸发源，每列为同一种类、两个对称倾斜摆放的圆柱状蒸发源，分布于衬底幅宽方向两侧的边沿处，对应在每个蒸发源的下面有一个蒸发源加热器；自左至右的蒸发源称作第三腔室Ga源(34)、第三腔室In源(36)、第三腔室NaF蒸发源(38)，第三腔室Se蒸发源(40)；对应的加热器为第三腔室Ga源加热器(35)、第三腔室In源加热器(37)、第三腔室NaF源加热器(39)、第三腔室Se源加热器(41)；
以上各蒸发源上均固装有测量温度的热电偶，将测量的信号反馈给位于沉积薄膜室外面的PID程序控制器，由PID程序控制器控制对应加热装置是否启动，以此控制各蒸发源的蒸发速率以及升温速率；
整个沉积腔室上部安装有均热板(42)，均热板材质为不锈钢，均热板(42)带有传动装置，能够水平地自左向右移动，刚性衬底(44)通过位于均热板上的支架(43)固定，使其能够随均热板以恒定速度水平移动；衬底(44)镀有Mo电极的一面位于均热板的下方，面向蒸发源；均热板(42)上方安装有衬底加热装置，分别是第一腔室衬底加热装置(13)，第二腔室衬底加热装置(14)和第三腔室衬底加热装置(18)，在第一与第二腔室，以及第二和第三腔室之间分别安装有原位X荧光光谱装置(19)，用于在线检测IGS薄膜的厚度和Ga含量，以及薄膜沉积过程中的Max[Cu/(In+Ga)]，并根据测试结果反馈电信号给蒸发源加热控制系统，用于控制各金属蒸发源蒸发速率。
3.如权利要求1或2所述装置基于连续蒸发工艺制备梯度带隙光吸收层的方法，其特征在于，通过控制第一腔室的In和Ga的蒸发温度，调节IGS薄膜厚度、成分比例，实现Mo/CIGS界面附近的带隙梯度；通过控制第二腔室的Cu、In、和Ga的蒸发温度，调节薄膜生长过程中的Max[Cu/(In+Ga)]，影响Ga元素的扩散速率，并通过第三腔室蒸发蒸发少量的Ga和In元素，实现CIGS吸收层内部及表面附近的带隙梯度控制。
4.根据权利要求3所述的基于连续蒸发工艺制备梯度带隙光吸收层的方法，其特征在于，第一腔室用于沉积高Ga含量的(In1-x,Gax)2Se3薄膜层称IGS，0.8>x>0.4，薄膜厚度为150nm-300nm，该层薄膜与随后沉积的Cu、Se元素反应，通过控制IGS薄膜厚度和成分比例，在吸收层底部CIGS/Mo界面附近形成一定的带隙梯度。
5.根据权利要求3所述的基于连续蒸发工艺制备梯度带隙光吸收层的方法，其特征在于，所述第一腔室和第二腔室之间设置的在线X射线荧光光谱仪，检测IGS薄膜的厚度和x比值，反馈给蒸发源加热控制系统，控制In、Ga蒸发源温度。
6.根据权利要求3所述的基于连续蒸发工艺制备梯度带隙光吸收层的方法，其特征在于，所述第二腔室用于蒸发沉积Cu、In、Ga元素，控制沉积过程中的Max[Cu/(In+Ga)]控制在1-1.5范围内，通过控制薄膜生长过程中的Max[Cu/(In+Ga)]比值，调节Ga元素的扩散速率，在吸收层内部及表面附近形成带隙梯度。
7.根据权利要求3所述的基于连续蒸发工艺制备梯度带隙光吸收层的方法，其特征在于，所述第二腔室和第三腔室之间设置在线X射线荧光光谱仪，检测并控制薄膜沉积过程中的Max[Cu/(In+Ga)]比值，反馈给蒸发源加热控制系统，控制Cu、In、Ga蒸发源温度。
8.根据权利要求3所述的基于连续蒸发工艺制备梯度带隙光吸收层的方法，其特征在于，所述第三腔室蒸发In、Ga和Se，在控制第二腔室薄膜的Max[Cu/(In+Ga)]比值的基础上，通过控制蒸发温度，调节吸收层表面的带隙梯度。
9.根据权利要求3所述的基于连续蒸发工艺制备梯度带隙光吸收层的方法，其特征在于，所述CIGS薄膜的沉积厚度均为1μm-3μm，Ga含量最低点均在0.2μm-0.7μm，控制Mo/CIGS薄膜界面附近Ga浓度梯度在0.25-0.5范围内，吸收层表面附近的Ga浓度梯度在0.1-0.35范围内。
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