一种溅射靶材及用该溅射靶材制作的cigs基薄膜太阳能电池的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及薄膜太阳能电池技术领域，更具体的，本发明提供一种溅射靶材及用该溅射靶材制作CIGS基薄膜太阳能电池。
【背景技术】
[0002]随着全球气候变暖、生态环境恶化和常规能源的短缺，越来越多的国家开始大力发展太阳能利用技术。太阳能光伏发电是零排放的清洁能源，具有安全可靠、无噪音、无污染、资源取之不尽、建设周期短、使用寿命长等优势，因而备受关注。铜铟镓砸(CIGS)是一种直接带隙的P型半导体材料，其吸收系数高达105/cm，2um厚的铜铟镓砸薄膜就可吸收90%以上的太阳光。CIGS薄膜的带隙从1.04eV到1.67eV范围内连续可调，可实现与太阳光谱的最佳匹配。铜铟镓砸薄膜太阳电池作为新一代的薄膜电池具有成本低、性能稳定、抗辐射能力强、弱光也能发电等优点，其转换效率在薄膜太阳能电池中是最高的，已超过20%的转化率，因此日本、德国、美国等国家都投入巨资进行研究和产业化。
[0003]在CIGS基薄膜太阳能电池中，最经常的是采用化学水浴法沉积CdS膜层作为电池的缓冲层。但是采用湿化学方式来沉积CdS膜层具有如下的缺点:1)化学水浴工艺不能很好的适应于大规模的CIGS基薄膜太阳能电池的生产工艺过程，其沉积的膜层厚度均匀性较差；2)CdS膜层中的Cd是重金属元素，电池生产过程中含镉废水的处理将增加电池的制造成本，在薄膜电池的使用过程中可能因为自然条件及其他因素作用，会存在镉泄漏到环境中去的危险，导致生态环境遭受破坏，同时由于镉的存在，这种电池的回收处理也比较困难。
[0004]CdS是具有大致2.4eV的禁带宽度，入射光在CdS膜层厚度为几十纳米的情况下就已经被吸收，使得更少的入射光达到光吸收层，这将使薄膜电池的短路电流减少，而ZnS的禁带宽度比CdS大得多，用ZnS取代CdS作为薄膜电池的缓冲层不仅可以提高薄膜电池的短路电流，还有利于薄膜电池获得蓝光区的光谱响应，而且其晶格参数与光吸收层更匹配。
[0005]因此，近年来人们一直致力于无镉缓冲层的开发，使用化学水浴法沉积硫化锌、砸化锌、硫化铟等无镉材料作为薄膜电池的缓冲层。也有人使用纯的硫化锌、砸化锌溅射靶材来制作缓冲层，由于纯的硫化锌、砸化锌靶材不能导电，所以其只能采用RF溅射设备进行沉积膜层。用RF溅射设备沉积缓冲层，由于设备比较复杂，且实现大面积沉积难度较大，一般都是较小尺寸的沉积，沉积膜层速度慢，因此制造成本较高。
[0006]中国专利CN103025916公开了一种用化学水浴法沉积ZnS膜层，用其替代CdS膜层作为电池的缓冲层，已到达生产无镉薄膜太阳能电池的目的。但是使用化学水浴法沉积薄膜难以实现在大面积条件下的良好沉积，生产效率较低，而且生产也会造成较多的废水排放，这些都将增大电池的制造成本。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种溅射靶材及用该溅射靶材制作CIGS基薄膜太阳能电池，通过在砸化锌材料中掺入一定量的B、Al、Ga、In元素来制作砸化锌溅射靶材，该溅射靶材可使用DC溅射沉积或AC溅射沉积，其生产工艺与CIGS基薄膜太阳能电池的生产工艺相匹配，同时可避免使用复杂的RF溅射设备沉积砸化锌膜层，因而可实现高效生产，降低薄膜电池的生产成本。用本发明的砸化锌溅射靶来制作薄膜太阳能电池的缓冲层替代传统的硫化镉膜层，实现薄膜电池的无镉生产，同时可避免缓冲层的制作过程产生大量的有毒废水，避免重金属镉对环境的污染。
[0008]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:提供一种溅射靶材，其特征在于:所述溅射靶材包含砸化锌材料，和至少包含一种掺杂剂材料；所述掺杂剂材料选自B、A1、Ga或In元素中的至少一种，所述派射革El材中掺杂剂材料的含量为lOOppm至4000ppm。所述派射革E材中掺杂剂材料的含量优选为500ppm至2500ppm。
[0009]当砸化锌溅射靶材中掺杂剂材料的含量小于lOOppm时，靶材的导电性很差，因此不能使用DC或AC溅射沉积；当砸化锌溅射靶材中掺杂剂的含量大于4000ppm时，溅射沉积的砸化锌膜层的电阻率不够高，这将会恶化其作为缓冲层的性能，进而导致薄膜电池性能下降。所述砸化锌溅射靶材中砸与锌的原子比可为大于1、等于1或者小于1。
[0010]所述溅射靶材采用冷等静压成型、热等静压成型或烧结成型。所述溅射靶材具有导电性，可用DC溅射沉积镀膜或AC溅射沉积镀膜。
[0011]本发明提供一种CIGS基薄膜太阳能电池，其特征在于:包括，提供一衬底，覆盖衬底表面的背电极层，覆盖背电极层的p型光吸收层，覆盖P型光吸收层的η型半导体层，覆盖η型半导体层的掺杂砸化锌膜层，覆盖掺杂砸化锌膜层的透明导电层；所述掺杂砸化锌膜层是使用具有导电性的砸化锌靶材通过DC或AC溅射沉积的，所述掺杂砸化锌膜层的掺杂剂选自B、Al、Ga或In元素中的至少一种，所述掺杂剂的含量为lOOppm至4000ppm，所述掺杂剂的含量优选为500ppm至2500ppm。所述掺杂砸化锌膜层的溅射沉积过程可通入适量的含有硫族元素的气体。
[0012]所述背电极层为钼电极层、钛电极层、铬电极层或ΑΖ0透明导电层；所述背电极层中可含有一定量的氧和/或氮元素；所述背电极层中可含有一定量的碱金属元素。
[0013]所述p型光吸收层为具有黄铜矿结构的p型铜铟镓砸膜层、p型铜铟镓硫膜层、p型铜铟镓砸硫膜层、p型铜铟砸膜层、p型铜铟硫膜层或p型铜铟砸硫膜层；所述p型光吸收层中含有碱金属元素，所述P型光吸收层中优选含有钠；所述P型光吸收层中还可含有锑或铋元素。所述P型光吸收层可由先溅射预制层后砸化法、共蒸法沉积或反应溅射法沉积获得。
[0014]所述η型半导体层为具有黄铜矿结构的η型铜铟镓砸膜层、η型铜铟镓硫膜层、η型铜铟镓砸硫膜层、η型铜铟镓铝砸膜层、η型铜铟镓铝硫膜层、η型铜铟镓铝砸硫膜层、η型铜铟砸膜层、η型铜铟硫膜层或η型铜铟砸硫膜层。所述η型半导体层中含有碱金属元素，所述η型半导体层中优选含有钠；所述η型半导体层中还可含有锑或铋元素。所述η型半导体层可由热扩散法、共蒸法沉积或反应溅射法沉积获得。
[0015]所述透明导电层选用银基透明导电膜、氧化铟掺杂锡、氧化锌掺杂铝、氧化锌掺杂镓、氧化锌掺杂铟、氧化锡掺杂氟、氧化锡掺杂碘、氧化锡掺杂锑或石墨烯中的一种或两种以上透明导电膜。
[0016]所述衬底为钠钙玻璃衬底、不锈钢薄板、聚酰亚胺板、铝薄板或钛薄板。
[0017]在衬底与背电极层之间可插入一层电介质材料层。所述电介质材料层由氧化硅、氮化娃、氮氧化娃、氮化钛、氧化钛、氮氧化钛、氮氧化错、氧化错、氮化错、氮化铝、氧化铝、氧化硅铝、氮化硅铝、氮氧化硅铝、锌锡氧化物或它们的混合物组成；所述电介质材料层或由硅、锆和钛中的至少一种元素与钼组成的至少两种元素的氧化物、氮化物或氮氧化物组成；当衬底为玻璃基板时，所述电介质材料层可由一含有L1、K中至少一种元素的碱过滤层替代，该碱过滤层包含L1、K中的至少一种元素和S1、Al、0三种元素。
[0018]在所述掺杂砸化锌膜层与透明导电层之间插入一层本征氧化锌膜层，或者插入一层具有高电阻率的掺杂氧化锌膜层，或者插入一层本征氧化锌膜层和一层具有高电阻率的掺杂氧化锌膜层；所述掺杂氧化锌膜层电阻率不小于0.08 Ω cm,同时不大于95 Ω cm,所述掺杂氧化锌膜层的掺杂剂可选自B、Al、Ga或In元素中的至少一种。
[0019]进一步的，还包括减反射膜层，所述减反射膜层覆盖所述透明导电层。
[0020]所述减反射膜可由一层或多层组成；减反射膜层可由一层氟化镁组成，或由折射率大于1.80的第一材料层和折射率小于1.70的第二材料层组成，或者由其他适用于减反射膜层的材料组成。
[0021]—种CIGS基薄膜太阳能电池的制备方法，所述的电池包括一衬底，覆盖衬底表面的背电极层，覆盖背电极层的P型光吸收层，覆盖P型光吸收层的η型半导体层，覆盖η型半导体层的掺杂砸化锌膜层，覆盖掺杂砸化锌膜层的透明导电层；其特征在于:所述掺杂砸化锌膜层使用具有导电性的砸化锌靶材通过DC或AC溅射沉积，所述掺杂砸化锌膜层的掺杂剂选自B、Al、Ga或In元素中的至少一种，所述掺杂剂的含量为lOOppm至4000ppm。
[0022]与现有技术相比本发明具有以下优点:
[0023]1、与传统采用化学水浴法沉积缓冲层相比，使用本发明的溅射靶材溅射沉积掺杂砸化锌膜层作为CIGS基薄膜太阳能电池的缓冲层，可避免有毒废水的产生及重金属镉对环境的污染。
[0024]2、与传统采用化学水浴法沉积缓冲层或采用RF溅射法沉积缓冲层相比，本发明的溅射靶材可用DC或AC来溅射沉积膜层，因而可实现大面积均匀成膜，且可实现高的沉积速率。
[0025]3、与传统采用化学水浴法沉积缓冲层或采用RF溅射法沉积缓冲层相比，本发明的溅射靶材可用DC或AC来溅射沉积膜层，其生产膜层的工艺相对简单，又与CIGS基薄膜太阳能电池的生产工艺相匹配，可实现大规模连续清洁生产，提高生产效率，降低制造成本。
【附图说明】
[0026]图1为本发明CIGS基薄膜太阳能电池的一种结构示意图；
[0027]图2为本发明CIGS基薄膜太阳能电池的另一种结构示意图；
[0028]图3为本发明CIGS基薄膜太阳能电池的又一种结构示意图；
[0029]图4为本发明CIGS基薄膜太阳能电池的再一种结构示意图。
【具体实施方式】
[0030]下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
[0031 ] 在此先说明，本发明中DC溅射指的是直流溅射，AC溅射指的是交流溅射，RF溅射指的是射频溅射，硫族元素指的是硫