CN108389934A - 一种运用一步溅射法制备铜铟镓硒太阳电池的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种运用一步磁控溅射法制备铜铟镓硒太阳电池的方法。以钠钙玻璃为基片，依次采用Mo/CIGS/CdS/i‑ZnO:Al/Ni:Al靶材，通过使用直流溅射和射频溅射(Mo靶采用直流溅射；CIGS/CdS/i‑ZnO/ZnO:Al依次采用射频溅射；Ni:Al采用直流溅射)制备出薄膜厚度在1～2um左右的CIGS太阳电池。通过调节溅射过程中的各项参数来实现各元素的含量控制，可得到转换效率最高达5.77％的CIGS太阳电池。此发明提供的一步磁控溅射法不同于传统的四元共蒸和溅射+后硒化法，因此不需要使用有毒的硒化氢气体运用后硒化法制备CIGS吸收层，而是直接采用富硒的CIGS靶材制备吸收层，大大降低了制备成本，使得生产过程更加操作简单、绿色环保、易于控制，并且能够实现商业化生产和实验室生产效率相当，具有广泛的商业化应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于Cu(In1-xGax)Se2太阳电池的一步磁控溅射制备方法，该发明属于能源技术领域。
背景技术
随着世界能源需求的快速增长，传统的化石能源越来越不能满足我们的能源需求，特别是在清洁、充足、高效和安全的能源解决方案方面。太阳能以其清洁、无污染且“取之不尽，用之不竭”等优点，已成为最具潜力的新能源之一。与此同时，太阳能光伏发电技术也进入了快速发展的“黄金时期”。
太阳电池是一种直接将太阳能转化为电能的光电装置，具有吸光能力强，寿命周期长，维修费用低等优点。自1954年第一代单晶硅P-N结太阳电池在贝尔实验室诞生以来，对太阳电池的研究在半个多世纪里呈指数级增长，更是产生了第二代无机薄膜太阳电池和现在的第三代纳米晶太阳电池。铜铟镓硒(Cu(In1-xGax)Se2，简称CIGS)薄膜太阳电池因其具有高的转化效率，低的制造成本以及高的稳定性能成为多元化合物半导体中最有代表性的光伏器件，成为国际光伏界的研究热点之一，即将成为下一代有竞争力的商业化薄膜太阳电池。
铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳电池，具有层状结构，吸收材料属于Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族化合物。衬底一般采用玻璃，也可采用柔性薄膜衬底。一般采用真空溅射、蒸发或者其它非真空的方法，分别沉积多层薄膜，形成P-N结构构成光电转化器件。从光入射层开始，各层分别为：金属栅状电极、减反射膜、窗口层(ZnO)、过渡层(CdS)、光吸收层(CIGS)、金属背电极(Mo)、玻璃衬底。衬底一般采用碱性钠钙玻璃，主要是这种玻璃含有金属钠离子。钠可以通过扩散进入电池的吸收层，有助于薄膜晶粒的生长。Mo作为电池的底电极具有比较好的结晶度和低的表面电阻；CIGS层作为光吸收层是电池最为关键的部分，要求制备出的半导体薄膜是P型的，并且具有大的晶粒尺寸、少的缺陷、高的转化效率；CdS作为缓冲层，除了可以降低i-ZnO和p-CIGS之间带隙的不连续性，还能解决CIGS和ZnO晶格不匹配的问题；Ni:Al作为电池的上电极，具有低的表面电阻和好的可见光透射率。i-ZnO和CdS层作为电池的n型层，同p型CIGS半导体薄膜构成p-n异质结。
目前，制备CIGS太阳电池的方法主要有：四元共蒸法、溅射后硒化法、电化学沉积法、喷涂热解法等。但在实际生产中，这些方法的生产成本较高、环境影响大、生产周期长、实验室效率值和商业效率相差大，在很大程度上制约了太阳电池的大规模生产。特别是溅射后硒化法，首先将Cu、In、Ga溅镀到Mo电极上形成预制层，再使之与H2Se或含Se的气体发生反应。该工艺对设备要求不高，但在硒化过程中Ga的含量和分布不易控制。其技术难点主要集中在硒化过程，且硒化过程成本较高，这使得CIGS薄膜太阳电池技术难度较高，电池多元组分的原子配比不容易得到控制，重复性问题是限制其发展的瓶颈。一步磁控溅射法通过采用富硒的Cu(In1-xGax)Se2靶材制备Cu(In1-xGax)Se2吸收层，减少后硒化步骤，简化了制备工艺，使得多元组分的原子配比得到控制。在制备CIGS太阳电池时具有成本低、绿色环保、操作简单、实验室和商业生产效率值相当等优点，具有很大的应用前景。
发明内容
本发明的目的在于提供一种简易步骤制备高效率的CIGS太阳电池的方法，此方法采用一步溅射法制备Cu(In1-xGax)Se2吸收层，减少了后硒化步骤，生产成本低、绿色环保、操作简单、实验室和商业生产效率值相当，更加有利于实际生产，为电池的产业化发展提供了重要方向。
为达到以上目的，本发明提供了以下技术方案：
用于制备CIGS太阳能电池的一步磁控溅射法，包括以下步骤：
1、碱性钠钙玻璃衬底的准备
钠钙玻璃依次分别用甲苯、丙酮、去离子水超声清洗10min备用，玻璃厚度1.1～2cm；
2、Mo背电极的制备
Mo背电极通过使用高纯Mo靶直流溅射沉积在清洗的钠钙玻璃上，Mo靶纯度为99.9％，衬底温度150℃，溅射功率200W，工作压强1.0Pa，Ar气流量30SCCM，溅射时间10～15min；
3、CIGS吸收层的制备
CIGS吸收层通过使用富硒的CIGS靶，一步射频溅射沉积在Mo/glass上，减少了传统的后硒化过程。以此简化了实验步骤。靶的纯度为99.99％，Cu:In:Ga:Se的摩尔比为22.8:20:7:50.2。衬底温度580℃，溅射功率160W，工作压强0.8Pa，Ar气流量30SCCM，溅射时间90min；
4、CdS过渡层的制备
通过射频溅射纯CdS靶沉积得到CdS过渡层，靶的纯度为99.99％，Cd:S的摩尔比为1:1.2，衬底温度200℃，溅射功率120W，工作压强0.8Pa，溅射时间20min；
5、i-ZnO窗口层的制备
通过射频溅射i-ZnO靶沉积得到本征ZnO窗口层，靶的纯度为99.9％，衬底温度为室温，溅射功率220W，工作压强0.8Pa，Ar气流量30SCCM，溅射时间10min；
6、Al:ZnO(AZO)层的制备
通过射频溅射掺Al2O3的ZnO靶沉积得到Al:ZnO(AZO)层，Al的掺杂量为2％，靶的纯度为99.9％，衬底温度为室温，溅射功率300W，工作压强0.8Pa，Ar气流量30SCCM，溅射时间20min；
7、Ni:Al栅状电极的制备
Ni:Al栅状电极通过直流溅射Ni:Al靶沉积得到，靶材纯度99.9％，Ni:Al的摩尔比为95:5，衬底温度为室温。溅射功率100W，溅射时间20min，制备出简易的CIGS太阳电池。最后进行电池的光电性能表征，检测电池的光电转化性能。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明提供了一种制备CIGS太阳电池的一步磁控溅射法，减少了后硒化步骤，整个过程都是采用磁控溅射完成，操作步骤简单可控，绿色环保，不受其它条件影响，且制备出的CIGS太阳电池转化效率高，稳定性强，实验室和商业生产效率相当，为电池的产业化发展提供了重要方向。
附图说明
附图1：采用(a)不同衬底温度，(b)不同溅射功率，(c)不同工作压强下得到的CIGS薄膜XRD图；
附图2：采用120W，2.0Pa，(a)450℃(b)500℃下射频溅射得到的CIGS薄膜SEM图；
附图3：采用(a)不同工作压强，(b)不同衬底温度，(c)不同溅射功率得到的CIGS薄膜太阳电池J-V曲线；
附图4：采用一步溅射法及传统溅射+后硒化法制备的CIGS薄膜太阳电池的J-V曲线；
具体实施方式
以下结合附图对本发明进行进一步说明。
一、一步溅射法制备CIGS吸收层
首先钠钙玻璃依次分别用甲苯、丙酮、去离子水超声清洗10min备用。Mo背电极通过使用高纯Mo靶直流溅射沉积在清洗的钠钙玻璃上。将富硒的CIGS靶采用不同的射频溅射参数沉积得到CIGS吸收层，通过使用DX-2000X射线粉末衍射仪探测薄膜在20°～90°范围的晶体结构。附图1是黄铜矿相CIGS薄膜XRD图。2θ值在26.9°，44.6°和52.9°的波峰分别对应的是Cu(In0.7Ga0.3)Se2黄铜矿相(JCPDS-#351102)的(112)，(220)和(312)晶面。
这一结果表明，CIGS薄膜在溅射的Mo背电极和玻璃衬底上有随意的取向，但择优取向随着溅射参数的不同而不同。附图1a，1b和1c分别是采用不同的衬底温度，溅射功率和工作压强得到的XRD图。随着衬底温度，溅射功率的增加，或是工作压强的降低，CIGS薄膜表现出更强的(220)/(112)晶面强度比(较弱的(112)择优取向)。当衬底温度为580℃，溅射功率160W，工作压强为0.8Pa时，CIGS薄膜表现出最强的(220)/(112)强度比，这表明，溅射参数影响的是晶面取向而非晶体结构。
附图2是CIGS薄膜在120W和2.0Pa下以不同的衬底温度(a)450℃(b)500℃溅射的表面SEM图。从图像可以看出，CIGS薄膜表面的颗粒尺寸是均匀、无针孔和致密的，并不随参数的改变有明显的区别。
下表列出了通过EDS测试的Cu、In、Ga、Se各元素的原子比率。尽管Se在靶材中的含量很高，但在CIGS薄膜中的含量明显降低。在靶材中，Se的比率是2.20，然而在试样a(CIGS薄膜的溅射功率120W,2.0Pa，衬底温度450℃)中Se的比率降到1.31，在试样b(CIGS薄膜的溅射功率120W,2.0Pa，衬底温度500℃)，比率则是1.12，表明在溅射过程中元素Se会消耗掉接近一半，这是导致采用一步磁控溅射法制备的CIGS光伏器件性能恶化的主要因素。
二、CIGS太阳电池的光电性能测试
附图3a，3b和3c是采用一步溅射法得到的结构为SLG/Mo/CIGS/CdS/i-ZnO/AZO/(Ni：Al)的CIGS电池J-V特性曲线图。结合附图1和附图3可以得到，当工作压强为0.8Pa，功率为160W，衬底温度为580℃时，CIGS薄膜表现出最高的(220)+(312)择优取向，太阳电池表现出最高的Jsc～22.5mA/cm2，Voc～0.68V和FF～37.7％，最高转化效率(PCE)～5.77％。
附图4是采用一步溅射法及传统溅射+后硒化法制备的具有同样结构的CIGS太阳电池的J-V特性曲线图，两种电池均无减反射膜。从图中可以看出，传统溅射+后硒化法(CuGa靶与In靶共溅形成CuInGa预制层，然后利用管式炉在N2气保护下加热Se至550℃，硒化30min)制备的CIGS太阳电池仅提高了填充因子及短路电流，而开路电压却有所下降，这使得CIGS太阳电池的转换效率并未有很大提升。
根据附图4，得出一步溅射法及传统溅射+后硒化法制备的CIGS太阳电池的具体性能参数，具体见下表
| J/mA·cm-2 | Voc/V | FF/％ | η/％ | |
| 一步溅射法 | 22.5 | 0.68 | 37.7 | 5.77 |
| 溅射+后硒化法 | 25.8 | 0.53 | 46.9 | 6.41 |
从表中可以看出，采用富硒的靶材一步溅射制得的CIGS太阳电池开路电压高于传统溅射+后硒化法制备的CIGS电池，而短路电流及填充因子稍低。两种方法制得的CIGS太阳电池效率仅相差0.64％，这主要是由于后硒化过程难于控制元素配比，有可能会引起电池性能恶化。一步溅射法比传统溅射+后硒化法工艺大大减少，不仅降低了制备成本，同时重复性也得以保证，这将对看重经济效益的太阳电池领域有着很重要的启示，为大规模产业化生产提供了技术支持，一步溅射法的这些结果为通过磁控溅射法制备CIGS太阳电池提供了重要指导。
对于本领域下的普通技术人员说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干修饰和改进，这些修饰和改进也落入本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种运用一步溅射法制备铜铟镓硒太阳电池的方法，主要包括：
室温条件下将钠钙玻璃利用超声清洗，随后用氮气吹干备用；Mo背电极通过直流溅射沉积在钠钙玻璃上，溅射功率为200W，工作压强1.0Pa，Ar气流量为30SCCM；Cu(In1-xGax)Se2吸收层通过射频溅射沉积在Mo/glass上，溅射衬底温度为580℃，功率为160W，工作压强0.8Pa，气体流量30SCCM，时间90min；CdS过渡层采用射频溅射制备，衬底温度200℃，功率120W，工作压强0.8Pa；本征ZnO窗口层通过采用射频溅射制备，衬底温度为室温，工作压强0.8Pa，功率220W，Ar气流量30SCCM；Al:ZnO层通过采用射频溅射制备，衬底温度为室温，工作压强0.8Pa，溅射功率300W，Ar气流量30SCCM；Ni:Al栅状电极通过直流溅射制备，功率为100W，衬底温度为室温。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，钠钙玻璃依次用甲苯，丙酮，去离子水分别超声10min，玻璃厚度为1.1～2cm。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，Mo背电极通过直流溅射Mo靶制备，Mo靶纯度为99.9％，溅射时间10～15min。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，Cu(In1-xGax)Se2吸收层通过射频溅射富硒的高纯Cu(In1-xGax)Se2靶制备，靶的纯度为99.99％，Cu:In:Ga:Se的摩尔比为22.8:20:7:50.2。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，CdS过渡层通过射频溅射CdS靶制备，靶的纯度为99.99％，Cd:S的摩尔比为1:1.2，溅射时间20min。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，本征ZnO窗口层采用纯度为99.9％的高纯本征ZnO靶材，溅射时间10min。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，Al:ZnO层通过采用射频溅射掺Al2O3的ZnO靶材制备，Al的掺杂量为2％(摩尔比)，溅射时间20min。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，Ni:Al栅状电极通过直流溅射Ni:Al靶制备，靶材纯度99.9％，Ni:Al的摩尔比为95:5，溅射时间20min。
9.根据权利要求1～8所述的制备方法，对于本领域下的普通技术人员说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干修饰和改进，这些修饰和改进也落入本发明的权利要求的保护范围内。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111029439A (zh) * | 2019-12-11 | 2020-04-17 | 河北大学 | 一种无硒化制备铜铟镓硒薄膜太阳能电池的方法 |
| CN112853264A (zh) * | 2020-12-25 | 2021-05-28 | 河北大学 | 无硒气氛制备铜铟镓硒薄膜太阳能电池的方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101908583A (zh) * | 2010-07-26 | 2010-12-08 | 中国电子科技集团公司第十八研究所 | 铜铟镓硒薄膜太阳电池窗口层的制备方法 |
| CN103346213A (zh) * | 2013-07-01 | 2013-10-09 | 上海中科高等研究院 | 一种太阳能电池吸收层的制备方法 |
| CN104835869A (zh) * | 2015-05-13 | 2015-08-12 | 清华大学 | 铜铟镓硒薄膜太阳能电池及其制备方法 |
| CN105826425A (zh) * | 2015-12-24 | 2016-08-03 | 云南师范大学 | 一种铜锌锡硫薄膜太阳电池的制备方法 |
-
2018
- 2018-03-08 CN CN201810190172.8A patent/CN108389934A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101908583A (zh) * | 2010-07-26 | 2010-12-08 | 中国电子科技集团公司第十八研究所 | 铜铟镓硒薄膜太阳电池窗口层的制备方法 |
| CN103346213A (zh) * | 2013-07-01 | 2013-10-09 | 上海中科高等研究院 | 一种太阳能电池吸收层的制备方法 |
| CN104835869A (zh) * | 2015-05-13 | 2015-08-12 | 清华大学 | 铜铟镓硒薄膜太阳能电池及其制备方法 |
| CN105826425A (zh) * | 2015-12-24 | 2016-08-03 | 云南师范大学 | 一种铜锌锡硫薄膜太阳电池的制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| XIAOLONG LI等: "Fabrication of Se-rich Cu(In1-XGaX)Se2 quaternary ceramic target", 《VACUUM》 * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111029439A (zh) * | 2019-12-11 | 2020-04-17 | 河北大学 | 一种无硒化制备铜铟镓硒薄膜太阳能电池的方法 |
| CN111029439B (zh) * | 2019-12-11 | 2021-07-30 | 河北大学 | 一种无硒化制备铜铟镓硒薄膜太阳能电池的方法 |
| CN112853264A (zh) * | 2020-12-25 | 2021-05-28 | 河北大学 | 无硒气氛制备铜铟镓硒薄膜太阳能电池的方法 |
| CN112853264B (zh) * | 2020-12-25 | 2022-09-13 | 河北大学 | 无硒气氛制备铜铟镓硒薄膜太阳能电池的方法 |
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