基于MEMS工艺制备CIGS薄膜太阳能电池的方法与流程

本发明属于微机工艺的太阳能电池技术领域，尤其涉及一种以mems工艺制作铜铟镓硒cigs薄膜太阳电池的方法。

背景技术：

能源危机和环境污染是当今全球所面临的两大基本问题。cu(in,ga)se2(cigs)薄膜对可见光吸收系数高,禁带宽度合适,抗辐射能力强、电池性能稳定、弱光性好等优点，被认为是最有前途的光电材料之一,但现有的技术改进方案都围绕薄膜生长方式处理与界面层的成分设计进行，例如申请号201610884016.2,一种利用mgzno制作cigs薄膜太阳能电池的方法，但对其余的设计部分例如中间的刻划工序的研究较少，现有的中间刻划工序包括了机械刻划与激光刻划，无论哪种刻划方式，第一次刻划与最后一次刻划之间的面积都属于无效面积，对于器件的光电转换率无贡献，在组件设计中应尽可能地将其缩小。但机械刻划与激光刻划的方式决定了精度只能达到毫米量级，精度不高，且上述的刻划方式极易对掩膜版和功能膜层产生损伤，增加生产成本。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对上述存在的问题，提供一种以mems工艺制备cigs薄膜太阳电池的制备方法，本发明提供的制造方法利用mems工艺以及cmp工艺去代替传统工艺中的机械刻划和激光刻划，能大大减小无效区面积使之达到微米量级，从而大大提高器件单位有效面积，从而提升光电转换率,并且减少对功能膜层和掩膜版的损伤，本制备方法新颖且高效。

一种以mems工艺制作cigs薄膜太阳电池的方法,其特征在于包括以下步骤：

步骤一、将氧化好的钠玻璃基片进行第一次光刻并刻蚀得到背电极mo的沟槽，并采用磁控溅射沉积mo金属层；

步骤二、使用cmp技术形成mo背电极结构；

步骤三、进行第二次光刻刻蚀后，形成cigs薄膜层、硫化镉cds层、zno层结构；

步骤四、在mo金属层先后制备cigs薄膜层、硫化镉cds层、zno层，其中cigs薄膜层作为电池的光吸收层，硫化镉cds层作为电池的缓冲层，zno层作为电池的中间电极层；

步骤五、剥离光刻胶形成二次隔断；

步骤六、进行第三次光刻形成顶层电极层结构；

步骤七、在zno层上制备zno：al层，与mo层形成电互连，其中zno：al层作为顶层电极层；

步骤八、剥离光刻胶形成三次隔断，得到最终的cigs单元组件。

进一步的，步骤一、步骤三、步骤六中的光刻采用相同的掩膜版在同一方向上进行平移完成。

进一步的，步骤二中，所述的mo背电极结构采用cmp技术即化学机械平坦化。

进一步的，步骤三中的制备cigs薄膜层的具体步骤如下:

所述的cigs薄膜层采用共蒸三步法制备，其具体实施方法为：第一步共蒸发in,ga和se沉积在mo金属层覆盖的玻璃衬底上,形成in-ga-se层，衬底温度保持在350℃，沉积17min.第二步：共蒸发cu和se，衬底温度从350℃5min升至550℃，改成恒功率加热衬底17min，沉积在in-ga-se层上,形成富cu的cigs层.第三步：再蒸发沉积in,ga,se3min,以形成cigs薄膜。

进一步的，步骤三中的硫化镉cds层以及zno中间电极层采用溅射法制备，其厚度为0.04um。

进一步的，步骤一、步骤三、步骤六中，所述的光刻技术是利用mems刻划技术。

进一步的，步骤五、步骤八中，所述的隔断采用剥离光刻胶形成，隔断距离为30um。

本发明的有益效果：

1.利用mems刻蚀和cmp技术、剥离工艺等能大大缩短组件之间的无效面积至微米量级从而提高光电转换率，且与现有coms工艺兼容等优势。

2.mems技术为一种无损技术，加工过程中相比现有工艺，对功能膜层以及掩膜版的损伤更小，批量加工效率更高。

3.采用相同的掩膜版进行光刻，大大降低的生产成本。

附图说明

图1为本发明的以mems工艺制备cigs薄膜太阳电池的制备方法的流程示意图。

图2为第一次光刻刻蚀后形成mo背电极沟槽结构的钠玻璃基板剖面图

图3为溅射mo金属层完成后的钠玻璃基板剖面图。

图4为形成mo背电极结构的钠玻璃基板剖面图。

图5为第二次光刻刻蚀后形成cigs薄膜层、硫化镉cds层、zno中间电极层结构的钠玻璃基板剖面图。

图6为形成cigs薄膜层后的钠玻璃基板剖面图。

图7为形成硫化镉cds层后的钠玻璃基板剖面图。

图8为形成zno中间电极层后的钠玻璃基板剖面图。

图9为形成二次隔断后的钠玻璃基板剖面图。

图10为第三次光刻刻蚀形成顶层电极结构后的钠玻璃基板剖面图。

图11为形成zno：al层后的钠玻璃基板剖面图。

图12为形成三次隔断后得到的cigs单元组件的钠玻璃基板剖面图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行进一步地说明。

图1为本发明公开的一种以mems工艺优化cigs薄膜太阳电池的制备方法的流程示意图，如图1所示，该电池包括钠玻璃基片、背电极mo金属层、cigs吸收层，cds缓冲层、zno中间电极层、顶层电极zno：al层。以mems工艺优化cigs薄膜太阳电池的制备方法包括以下步骤：

步骤一、将氧化好的钠玻璃基片进行第一次光刻并刻蚀得到背电极mo的沟槽结构；

所述的刻蚀技术采用mems技术，结果如图2所示。

步骤二、在mo沟槽上沉积mo金属层；

所述的mo金属层采用磁控溅射法制备，结果如图3所示。

步骤三、使用cmp技术形成mo背电极结构；

所述的mo背电极结构采用cmp技术即化学机械平坦化制备，结果如图4所示。

步骤四、进行第二次光刻刻蚀后，形成cigs薄膜层、硫化镉cds层、zno中间电极层结构；

所述的刻蚀技术采用mems技术，且光刻的掩膜版与步骤一中的光刻掩膜版相同，结果如图5所示。

步骤五、在mo金属层上制备cigs薄膜层作为光吸收层；

所述的cigs薄膜层采用共蒸发三步法制备，其具体实施方法为：第一步共蒸发in,ga和se沉积在mo金属层覆盖的玻璃衬底上,形成in-ga-se层，衬底温度保持在350℃，沉积17min.第二步：共蒸发cu和se，衬底温度从350℃5min升至550℃，改成恒功率加热衬底17min，沉积在in-ga-se层上,形成富cu的cigs层.第三步：再蒸发沉积in,ga,se3min,以形成少量贫铜的cigs薄膜。结果如图6所示。

步骤六、在cigs薄膜层上先后制备硫化镉cds层、zno层；

所述的硫化镉cds层、zno层，采用溅射法制备，分别作为作为电池的缓冲层与中间电极层，其厚度均为0.04um。结果如图7、图8所示。

步骤七、剥离光刻胶形成二次隔断；所述的隔断距离为30um。结果如图9所示

步骤八、进行第三次光刻刻蚀形成顶层电极层结构；

所述的光刻技术采用mems刻划技术，且光刻的掩膜版与步骤一中的光刻掩膜版相同，结果如图10所示。

步骤九、进行第三次光刻刻蚀形成顶层电极层结构；

所述的刻蚀技术采用mems技术，且光刻的掩膜版与步骤一中的光刻掩膜版相同，结果如图10所示。

步骤十、在zno层上制备zno：al层形成顶层电极层；

所述的zno：al层采用磁控溅射法制备，作为电池的顶层电极层。结果如图11所示。

步骤十一、剥离光刻胶形成三次隔断，所述的隔断距离为30um，得到最终的cigs单元组件；

所述的隔断采用剥离光刻胶技术制备。最终cigs单元组件结果如图12所示。