专利名称：铜铟镓硒薄膜太阳能电池的光吸收层的制备方法
铜铟镓硒薄膜太阳能电池的光吸收层的制备方法
技术领域：
本发明涉太阳能电池技术，特别是涉及至少一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池的光吸收层的制备方法。
背景技术：
铜铟镓硒薄膜太阳能电池的典型结构为多层膜结构，从入光面开始，依次包括金属栅极层(Al)/透明电极层(AZO)/窗口层(ZnO)/缓冲层(CdS)/光吸收层(CIGS)/背电极层(Mo)/玻璃。其中光吸收层可以使用铜、铟、镓和硒的四源高温共蒸发工艺获得，为了保证入射光的充分吸收，吸收层的厚度一般大于2 μ m。在铜铟镓硒薄膜电池的发展过程中，研究人员发现在CIGS光吸收层中引入梯度带隙，可以有效的改善电池器件的电学性质。这是因为梯度带隙产生的电势差将光生载流子驱离高复合区域，比如背电极和吸收层的界面，以及吸收层和缓冲层之间的节区，从而提高太阳能电池的短路电流。梯度带隙来源于铜铟镓硒薄膜中不同区域rtfe/an+Ga)比例值不同，&/ (In+Ga)比例高的区域，带隙宽；[Ga/(In+Ga)比例低的区域，带隙窄。这是因为CuInSe2 的禁带宽度为1. 04eV，而Cufe^e2的禁带宽度为1. 68eV，当Ga/(In+Ga)比例值在吸收层两侧高，中间低，就产生了梯度带隙。在制膜的过程中，Ga原子和h原子的振动幅度不同。一般来讲，膜内( 的振动不好，In的振动好，更加利于扩散。所以^在薄膜内的扩散性能比( 的好，在传统的CIGS 光吸收层的蒸发工艺中，通过分阶段控制蒸发铜铟镓硒不同元素之间的比例和工艺时间， 再通过较高衬底温度下的元素扩散，来粗略地实现的V型双梯度带隙。但是，传统的工艺不能精确地实现理论设计的能带结构。
发明内容基于此，有必要提供一种能够精确地实现理论设计的能带结构的铜铟镓硒薄膜太阳能电池的光吸收层的制备方法。一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池的光吸收层的制备方法，将铜、铟、镓和硒四种单质分别蒸发沉积到衬底上，控制镓蒸发温度在900°C 1100°C内并且在蒸发过程中先均勻降温35°C 45°C再均勻升温35°C 45°C ；控制铟的蒸发温度在800°C 1000°C内并且在蒸发过程中先均勻升温45°C 55°C再均勻降温45°C 55°C，从而主动控制镓和铟的蒸发量使得所述光吸收层在厚度方向上两侧的镓含量高于中间的镓含量。优选的，所述蒸发过程中包括三个阶段第一阶段控制衬底温度在200°C 300°C，控制镓的蒸发温度为900°C 1100°C 之间并在第一阶段均勻地降温35°C 45°C，控制铟的蒸发温度为800°C 1000°C之间并在第一阶段均勻地升温45°C 55°C，控制硒的蒸发温度在200°C 300°C之间；第一阶段的蒸发时间为IOmin 20min，第一阶段结束后在所述衬底的一个表面形成第一光吸收层；
第二阶段停止蒸发铟和镓，提高衬底温度在450°C 600°C之间，维持硒的蒸发温度与第一阶段相同，控制铜的蒸发温度在1300°C 1500°C之间；第二阶段的蒸发时间为 IOmin 30min，并在沉积中的衬底的表面温度突然下降时立即停止蒸发；第二阶段结束后在所述第一光吸收层的表面形成第二光吸收层；第三阶段停止蒸发铜，维持衬底温度与第二阶段相同，维持硒的蒸发温度与第二阶段相同，控制镓的蒸发温度为900°C 1100°C并在第三阶段均勻地升温35°C 45°C，控制铟的蒸发温度为800°C 1000°C并在第三阶段均勻地降温45°C 55°C;第三阶段的蒸发时间为Imin 3min，第三阶段结束后在所述第二光吸收层的表面形成第三光吸收层，从而得到所述铜铟镓硒薄膜太阳能电池的光吸收层。优选的，第一阶段，镓的蒸发温度降低40°C，铟的蒸发温度升高50°C ；第三阶段，镓的蒸发温度升高40°C，铟的蒸发温度降低50°C。优选的，所述蒸发过程包括二个阶段第一阶段、控制衬底温度在450°C 600°C，控制镓的蒸发温度为900°C 1100°C 并在第一阶段均勻地降温35°C 45°C，控制铟的蒸发温度为800°C 1000°C并在第一阶段均勻地升温45°C 55°C，控制硒的蒸发温度在200°C 300°C，控制铜的蒸发温度在 1300°C 1500°C之间；第一阶段的蒸发时间为Smin 12min，第一阶段结束后在所述衬底的一个表面形成光吸收层I ；第二阶段维持衬底温度与第一阶段相同，维持硒的蒸发温度与第一阶段相同，维持铜的蒸发温度与第一阶段相同，控制镓的初始蒸发温度为第一阶段结束时的温度并在第二阶段均勻地升温35°C 45°C，控制铟的初始蒸发温度为第一阶段结束时的温度并在第二阶段均勻地降温45°C 55°C ；第二阶段的蒸发时间为Imin ;3min，第二阶段结束后在所述光吸收层I的表面形成光吸收层II，从而得到所述铜铟镓硒薄膜太阳能电池的光吸收层。优选的，第一阶段，镓的蒸发温度降低40°C，铟的蒸发温度升高50°C ；第二阶段，镓的蒸发温度升高45°C，铟的蒸发温度降低55°C。优选的，所述衬底为沉积有导电层的导电玻璃，所述光吸收层沉积在所述导电层表面。优选的，铜、铟、镓和硒四种单质分别采用独立加热部件控制加热。优选的，蒸发过程中，分别实时监测铜、铟、镓和硒四种蒸发源的蒸发温度并通过监测结果反馈调节控制蒸发温度。优选的，蒸发过程中，分别实时监测铜、铟、镓和硒四种元素的蒸发速率并通过监测结果反馈调节控制蒸发温度。优选的，蒸发过程中，分别实时监测衬底上的铜、铟、镓和硒四种元素的蒸发量并通过监测结果反馈调节控制蒸发温度。这种铜铟镓硒薄膜太阳能电池的光吸收层的制备方法通过控制铜、铟、镓和硒四种单质分别在不同的温度下分阶段蒸发，控制镓和铟的蒸发温度在一定时间内均勻改变， 从而主动控制镓和铟的蒸发量使得光吸收层两侧镓含量略高中间镓含量略低。由于精确控制元素蒸发速率随时间变化，可以精确地控制CIGS的能带结构，能够精确地实现理论设计的能带结构。
图1为铜铟镓硒薄膜太阳能电池的典型多层膜结构；图2为光吸收层的梯度带隙示意图；图3为是h和( 元素随温度变化的蒸发特性示意图；图4为一种CIGS吸收层的蒸发工艺流程示意图；图5为另一种CIGS吸收层的蒸发工艺流程示意图。
具体实施方式
以下通过附图和具体实施例对铜铟镓硒薄膜太阳能电池的光吸收层的制备方法做进一步说明。如图1所示的铜铟镓硒薄膜太阳能电池的典型多层膜结构，从入光面开始，依次包括金属栅极层(Al)、透明电极层(AZO)、窗口层(ZnO)、缓冲层(CdS)、光吸收层(CIGS)、 背电极层(Mo)和玻璃。玻璃可以为钠钙玻璃衬底或其他柔性材料衬底(金属不锈钢箔、钛箔和聚酰亚胺
寸乂 O背电极层的材质可以为钼，一般采用磁控溅射的方法在玻璃上沉积钼而成。缓冲层的材质可以为硫化镉(cadmium sulfide, CdS)，用于减缓光吸收层和窗口层之间晶格匹配不好而影响电池输出性能的问题，同时能有效地阻止窗口层制备过程中对光吸收层的损伤，可消除由此引起的电池短路现象。窗口层的材质可以为氧化锌(ZnO)，用于防止铜铟镓硒薄膜太阳能电池发电时，因漏电问题导致器件性能下降。透明电极层的材质可以为掺杂铝的氧化锌(AZO)。金属栅电极层的材质可以为铝(Al)，还可以为铝和镍的合金，一般可采用电子束蒸发法制备。光吸收层一般采用铜、铟、镓和硒的四源高温共蒸发工艺获得。图2为的光吸收层的梯度带隙示意图。梯度带隙来源于铜铟镓硒薄膜中不同区域rtfe/an+Ga)比例值不同，&/ (In+Ga)比例高的区域，带隙宽；[Ga/(In+Ga)比例低的区域，带隙窄。这是因为CuInSe2 的禁带宽度为1. (MeV，而CufeiSh的禁带宽度为1.68eV。在铜铟镓硒薄膜中，当Ga/ (In+Ga)比例值在吸收层两侧高，中间低，就产生了梯度带隙。在传统的CIGS光吸收层的蒸发工艺中，通过控制三个阶段中蒸发的元素之间的比例和工艺时间，再通过较高衬底温度下的元素扩散，可以粗略地实现的V型双梯度带隙。 但是，传统的工艺不能精确地实现理论设计的能带结构。为了能够精确的实现理论设计的能带结构，得到精确控制的V型双梯度带隙的光吸收层，我们提出主动控制光吸收层中铜、铟、镓和硒的比例的方法。图3为是h和( 元素随温度变化的蒸发特性示意图。不同蒸发速率下的蒸发流量一般用束流规来测量，在本底真空下，因为某一种物质的蒸发而导致真空度的改变，就可以用于表示该物质的蒸发量。
In的原子序号为49，熔点157°C，沸点2000°C，在大约550°C 1250°C之间蒸发量和温度具有近似线性关系。实践中，当h的蒸发源被加热到800°C 1000°C之间的某一个温度时，蒸发源的温度变化约70°C时，真空度从1. 1\10_4变化到3.6\10_4。这意味着蒸发量有近似3倍的变化，完全可以满足对^的蒸发量的控制的要求。Ga的原子序号31，熔点30°C，沸点M00°C，在大约650°C 1450°C之间蒸发量和温度具有近似线性的关系。实践中，当( 的蒸发源被加热到900°C 1100°C之间的某一个温度时，当蒸发源的温度变化约40°C时，真空度从1.4X10—4变化到2. 1X10—4。这意味着蒸发量有近似2倍的变化，可以满足对( 的蒸发量的控制的要求。当温度的变化范围较小时，可以近似地认为( 和h的蒸发量根据温度呈现线性变化。本发明提供的一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池的光吸收层的制备方法，将铜、铟、镓和硒四种单质分别蒸发沉积到衬底上，控制镓蒸发温度在900°C 1100°C内先均勻降温 35°C 45°C再均勻升温35°C 45°C，控制铟的蒸发温度在800°C 1000°C内先均勻升温 45°C 55°C再均勻降温45°C 55°C，从而主动控制镓和铟的蒸发量使得所述光吸收层两侧镓含量略高中间镓含量略低。这种铜铟镓硒薄膜太阳能电池的光吸收层的制备方法通过控制铜、铟、镓和硒四种单质分别在不同的温度下分阶段蒸发，控制镓和铟的蒸发温度在一定时间内均勻改变， 从而主动控制镓和铟的蒸发量使得光吸收层两侧镓含量略高中间镓含量略低。由于精确控制元素蒸发速率随时间变化，可以精确地控制CIGS的能带结构，能够精确地实现理论设计的能带结构。蒸发过程可以采取多种具体实施方式
，下面仅以如下两种为例。第一种蒸发过程，包括三个阶段第一阶段、控制衬底温度在200°C 300°C，控制镓的蒸发温度为900°C 1100°C 之间并在第一阶段均勻地降温35°C 45°C，控制铟的蒸发温度为800°C 1000°C之间并在第一阶段均勻地升温45°C 55°C，控制硒的蒸发温度在200°C 300°C之间；第一阶段的蒸发时间为IOmin 20min，第一阶段结束后在衬底的一个表面形成第一光吸收层。第二阶段停止蒸发铟和镓，提高衬底温度在450°C 600°C之间，维持硒的蒸发温度与第一阶段相同，控制铜的蒸发温度在1300°C 1500°C之间；第二阶段的蒸发时间为 IOmin 30min，并在沉积中的衬底的表面温度突然下降时立即停止蒸发；第二阶段结束后在所述第一光吸收层的表面形成第二光吸收层。在这个阶段的Cu的蒸发过程中，实时观测衬底表面的温度，当衬底的表面温度突然下降时立即停止蒸发。这是由于当Cu的不断加入正在沉积的薄膜中时，在衬底的表面温度的转变点前后，薄膜的成份由CIGS的铜不足的状态突然转换到铜过量的状态，呈现一种 CIGS和CuxSe的混合相，衬底表面出现液态的Cude相，这种硒化亚铜会辐射更多的热量， 导致衬底的表面温度下降。第三阶段停止蒸发铜，维持衬底温度与第二阶段相同，维持硒的蒸发温度与第二阶段相同，控制镓的蒸发温度为900°C 1100°C并在第三阶段均勻地升温35°C 45°C，控制铟的蒸发温度为800°C 1000°C并在第三阶段均勻地降温45°C 55°C;第三阶段的蒸发时间为Imin 3min，第三阶段结束后在所述第二光吸收层的表面形成第三光吸收层，从而得到所述铜铟镓硒薄膜太阳能电池的光吸收层。蒸发过程中，％始终蒸发并且保持过量(由温度控制)，这是因为在％蒸气的氛围中进行反应，有利于CIGS的化合物的生长。图4为上述CIGS吸收层的蒸发工艺流程示意图，在蒸发过程中，对应的铟镓比例大致为第一阶段，[Ga/(In+Ga)] = 0. 5 (t = 0)下降至Ga/(In+Ga) ] = 0. 24(t = tl)。 第三阶段，Ga/ (In+Ga) ] = 0. 2 (t = t2)上升至IjGa/ (In+Ga)=0· 3 (t = t3)。衬底为沉积有导电层的导电玻璃，第一光吸收层沉积在导电层表面。导电层材质优选为钼。^和( 分成前后2次集中蒸发，蒸发过程中通过计算机控制束源炉的温度来实现流量的变化。In和( 的迁移能力和结合能力不同。一般情况下，在铜铟镓硒光吸收层中，铟的迁移能力比镓强，更有利于扩散，其在光吸收层中的扩散性能比镓好。光吸收层的制备过程中，利用铟和镓的浓度梯度与它们扩散系数的不同，ife/an+Ga)比值在吸收层两侧高， 中间低，就产生了梯度带隙。上述光吸收层的制备方法，通过控制Cu的蒸发来控制基片上已经沉积的各种元素的相互反应和扩散，实现最终的最优化的V字型的梯度带隙结构，并控制( 达到最低浓度在薄膜中的位置。在蒸发沉积过程中，衬底的温度对铜铟镓硒薄膜的质量存在一定的影响。在本实施方式中，当衬底的温度维持在450°C 600°C时，有利于形成较大的铜铟镓硒结晶颗粒， 使得光吸收层的表面较为平整，与钼背电极层有良好的附着性，与CdS缓冲层的结合性也较好。第二种蒸发过程，包括二个阶段第一阶段、控制衬底温度在450°C 600°C，控制镓的蒸发温度为900°C 1100°C 并在第一阶段均勻地降温35°C 45°C，控制铟的蒸发温度为800°C 1000°C并在第一阶段均勻地升温45°C 55°C，控制硒的蒸发温度在200°C 300°C，控制铜的蒸发温度在 1300°C 1500°C之间；第一阶段的蒸发时间为Smin 12min，第一阶段结束后在所述衬底的一个表面形成光吸收层I。第二阶段维持衬底温度与第一阶段相同，维持硒的蒸发温度与第一阶段相同，维持铜的蒸发温度与第一阶段相同，控制镓的初始蒸发温度为第一阶段结束时的温度并在第二阶段均勻地升温35°C 45°C，控制铟的初始蒸发温度为第一阶段结束时的温度并在第二阶段均勻地降温45°C 55°C ；第二阶段的蒸发时间为Imin ;3min，第二阶段结束后在所述光吸收层I的表面形成光吸收层II，从而得到所述铜铟镓硒薄膜太阳能电池的光吸收层。蒸发过程中，％始终蒸发并且保持过量，这是因为在％蒸气的氛围中进行反应， 有利于CIGS的化合物的生长。衬底为沉积有导电层的导电玻璃，第一光吸收层沉积在所述导电层表面。导电层材质优选为钼。图5为上述CIGS吸收层的蒸发工艺流程示意图，在蒸发过程中，对应的铟镓比例大致为
第一阶段，Ga/an+Ga)=0.37 (t = 0)下降至Ga/Qn+Ga)=0. 25 (t = tl)。 第二阶段，Ga/ (In+Ga) ] = 0. 25 (t = tl)上升至IjGa/ (In+Ga)=0. 4 (t = t2)。这种光吸收层的制备方法利用在不同的温度下，不同的元素对应着不同的蒸发速率(对应着不同蒸气压)，实现元素的蒸发沉积速率的控制。最终，通过在生长过程中主动控制Ga/(In+Ga)的比例变化，来实现光吸收层薄膜中预期的禁带宽度分布，形成梯度带隙。蒸发过程中，铜铟镓硒四种元素分别采用独立加热控制部件，以便能很好地控制铜铟镓硒四种元素的蒸发温度，从而精确地控制其蒸发速率。其中加热电源可以采用PID( proportional-integral-derivative controller,比例积分微商控制器)温度反馈系统， 蒸发装置可以采用MBE (分子束外延)束源炉、线性蒸发器或蒸发舟。分别实时监测四种蒸发源的蒸发温度，并通过监测结果反馈调节控制蒸发温度。为了能更精确控制铟和镓的含量，在蒸发过程中分别实时监测铜、铟、镓和硒四个蒸发源的蒸发量，以便能通过监测结果反馈调节控制蒸发温度，从而调整蒸发速率以精确控制沉积速度变化，实现生长的铜铟镓硒薄膜中不同元素之间的比例。本实施方式中采用束流真空规进行实时监测。铟和镓的蒸发量的变化，通过调整蒸发源的温度实现，从而控制蒸发速率。但由于蒸发源的热源机制的影响，当加热电源调整的时候，束源炉的温度变化要滞后一个时间段才能稳定在新的温度上，蒸发速率也往往要滞后一个时间段才能体现出来，为了能够更精确地调整蒸发速率，所以蒸发过程还实时测定束源炉的蒸发量，分别实时监控不同的元素的蒸气浓度，根据蒸气浓度来反馈控制蒸发源的加热电源，从而控制沉积速度的变化，实现生长的薄膜中不同的元素之间的比例。在本实施方式中，采用共振吸收法实时测定束源炉的蒸发量。在蒸发过程中，还可以实时测量在衬底上(ia/an+Ga)的沉积比例，并即时反馈到相应的铟和镓元素的蒸发控制系统的束源加热电源，用于调节铟和镓的蒸发温度。这样能够避免环境扰动对蒸发沉积比例的影响，重复性好。在本实施方式中，采用共振吸收法测定在衬底上Ga/dn+Ga)的沉积比例。在蒸发过程中，还可以采用例如速流规、晶体振荡器、XRF、电子能谱等实时监测系统，实时测量在衬底上Ga/(In+Ga)的沉积比例；并及时反馈到相应的铟和镓元素的蒸发控制系统的束源加热电源，用于调节铟和镓的蒸发温度。这样能避免环境扰动对蒸发沉积比例的影响，重复性好。由于主动控制了沉积到薄膜中不同厚度处的各种元素之间的不同配比，获得更加理想的梯度带隙。上述制备方法不依赖于衬底温度，简化了工艺参数的相互关系，有利于提高产品的成品率，且可控性好、重复性高，有利于大规模生产中的工艺控制。以下为具体实施例。实施例1第一阶段、提供表面镀有Mo层的钙钠玻璃作为衬底，控制衬底温度不变并保持在 250°C，铟的蒸发温度为900°C并在第一阶段均勻地升温50°C，镓的蒸发温度为1000°C并在第一阶段均勻地降温40°C，控制硒的蒸发温度不变并保持在250°C ；第一阶段的蒸发时间为15min，第一阶段结束后在Mo层上形成第一光吸收层。第二阶段停止蒸发铟和镓，提高衬底温度为500°C之间并保持不变，维持硒的蒸发温度与第一阶段相同，控制铜的蒸发温度不变并保持在1400°C ；第二阶段的蒸发时间约为20min，并在沉积中的衬底的表面温度突然下降时立即停止蒸发。第二阶段结束后在所述第一光吸收层的表面形成第二光吸收层。第三阶段停止蒸发铜，维持衬底温度与第二阶段相同，维持硒的蒸发温度与第二阶段相同，铟的初始蒸发温度为950°C并在第三阶段均勻地降温50°C，镓的初始蒸发温度为960°C并在第三阶段均勻地升温40°C ；第三阶段的蒸发时间为2min，第三阶段结束后在所述第二光吸收层的表面形成第三光吸收层，从而得到铜铟镓硒薄膜太阳能电池的光吸收层。实施例2第一阶段、提供表面镀有Mo层的钙钠玻璃作为衬底，控制衬底温度不变并保持在 500°C，铟的蒸发温度为900°C并在第一阶段均勻地升温50°C，镓的蒸发温度为1000°C并在第一阶段均勻地降温40°C，控制硒的蒸发温度不变并保持在250°C，控制铜的蒸发温度不变并保持在1400°C ；第一阶段的蒸发时间为lOmin，第一阶段结束后在Mo层上形成光吸收层I。第二阶段维持衬底温度与第一阶段相同，维持硒的蒸发温度与第一阶段相同，维持铜的蒸发温度与第一阶段相同，控制铟的初始蒸发温度为第一阶段结束时的温度并在第二阶段均勻地降温55°C，控制镓的初始蒸发温度为第一阶段结束时的温度并在第二阶段均勻地升温45°C ；第二阶段的蒸发时间为2min，第二阶段结束后在光吸收层I的表面形成光吸收层II，从而得到铜铟镓硒薄膜太阳能电池的光吸收层。以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
权利要求
1.一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池的光吸收层的制备方法，其特征在于，将铜、铟、镓和硒四种单质分别蒸发沉积到衬底上，控制镓蒸发温度在900°C 1100°C内并且在蒸发过程中先均勻降温35°C 45°C再均勻升温35°C 45°C ；控制铟的蒸发温度在800°C 1000°C 内并且在蒸发过程中先均勻升温45°C 55°C再均勻降温45°C 55°C，从而主动控制镓和铟的蒸发量使得所述光吸收层在厚度方向上两侧的镓含量高于中间的镓含量。
2.如权利要求1所述的铜铟镓硒薄膜太阳能电池的光吸收层的制备方法，其特征在于，所述蒸发过程中包括三个阶段第一阶段控制衬底温度在200°C 300°C，控制镓的蒸发温度为900°C 1100°C之间并在第一阶段均勻地降温35°C 45°C，控制铟的蒸发温度为800°C 1000°C之间并在第一阶段均勻地升温45°C 55°C，控制硒的蒸发温度在200°C 300°C之间；第一阶段的蒸发时间为IOmin 20min，第一阶段结束后在所述衬底的一个表面形成第一光吸收层；第二阶段停止蒸发铟和镓，提高衬底温度在450°C 600°C之间，维持硒的蒸发温度与第一阶段相同，控制铜的蒸发温度在1300°C 1500°C之间；第二阶段的蒸发时间为 IOmin 30min，并在沉积中的衬底的表面温度突然下降时立即停止蒸发；第二阶段结束后在所述第一光吸收层的表面形成第二光吸收层；第三阶段停止蒸发铜，维持衬底温度与第二阶段相同，维持硒的蒸发温度与第二阶段相同，控制镓的蒸发温度为900°C 1100°C并在第三阶段均勻地升温35°C 45°C，控制铟的蒸发温度为800°C 1000°C并在第三阶段均勻地降温45°C 55°C ；第三阶段的蒸发时间为Imin 3min，第三阶段结束后在所述第二光吸收层的表面形成第三光吸收层，从而得到所述铜铟镓硒薄膜太阳能电池的光吸收层。
3.如权利要求2所述的铜铟镓硒薄膜太阳能电池的光吸收层的制备方法，其特征在于，第一阶段，镓的蒸发温度降低40°C，铟的蒸发温度升高50°C ；第三阶段，镓的蒸发温度升高40°C，铟的蒸发温度降低50°C。
4.如权利要求1所述的铜铟镓硒薄膜太阳能电池的光吸收层的制备方法，其特征在于，所述蒸发过程包括二个阶段第一阶段、控制衬底温度在450°C 600°C，控制镓的蒸发温度为900°C 1100°C并在第一阶段均勻地降温35°C 45°C，控制铟的蒸发温度为800°C 1000°C并在第一阶段均勻地升温45°C 55°C，控制硒的蒸发温度在200°C 300°C，控制铜的蒸发温度在1300°C 1500°C之间；第一阶段的蒸发时间为Smin 12min，第一阶段结束后在所述衬底的一个表面形成光吸收层I ；第二阶段维持衬底温度与第一阶段相同，维持硒的蒸发温度与第一阶段相同，维持铜的蒸发温度与第一阶段相同，控制镓的初始蒸发温度为第一阶段结束时的温度并在第二阶段均勻地升温35°C 45°C，控制铟的初始蒸发温度为第一阶段结束时的温度并在第二阶段均勻地降温45°C 55°C ；第二阶段的蒸发时间为Imin ;3min，第二阶段结束后在所述光吸收层I的表面形成光吸收层II，从而得到所述铜铟镓硒薄膜太阳能电池的光吸收层。
5.如权利要求4所述的铜铟镓硒薄膜太阳能电池的光吸收层的制备方法，其特征在于，第一阶段，镓的蒸发温度降低40°C，铟的蒸发温度升高50°C ；第二阶段，镓的蒸发温度升高45°C，铟的蒸发温度降低55°C。
6.如权利要求1所述的铜铟镓硒薄膜太阳能电池的光吸收层的制备方法，其特征在于，所述衬底为沉积有导电层的导电玻璃，所述光吸收层沉积在所述导电层表面。
7.如权利要求1所述的铜铟镓硒薄膜太阳能电池的光吸收层的制备方法，其特征在于，铜、铟、镓和硒四种单质分别采用独立加热部件控制加热。
8.如权利要求7所述的铜铟镓硒薄膜太阳能电池的光吸收层的制备方法，其特征在于，蒸发过程中，分别实时监测铜、铟、镓和硒四种蒸发源的蒸发温度并通过监测结果反馈调节控制蒸发温度。
9.如权利要求7所述的铜铟镓硒薄膜太阳能电池的光吸收层的制备方法，其特征在于，蒸发过程中，分别实时监测铜、铟、镓和硒四种元素的蒸发速率并通过监测结果反馈调节控制蒸发温度。
10.如权利要求7所述的铜铟镓硒薄膜太阳能电池的光吸收层的制备方法，其特征在于，蒸发过程中，分别实时监测衬底上的铜、铟、镓和硒四种元素的蒸发量并通过监测结果反馈调节控制蒸发温度。
全文摘要
本发明提供至少一种能够精确地实现理论设计的能带结构的铜铟镓硒薄膜太阳能电池的光吸收层的制备方法。这种铜铟镓硒薄膜太阳能电池的光吸收层的制备方法通过控制铜、铟、镓和硒四种单质分别在不同的温度下分阶段蒸发，控制镓和铟的蒸发温度在一定时间内均匀改变，从而主动控制镓和铟的蒸发量使得所述光吸收层两侧镓含量略高中间镓含量略低。由于精确控制元素蒸发速率随时间变化，可以精确地控制CIGS的能带结构，能够精确地实现理论设计的能带结构。
文档编号C23C14/16GK102418072SQ201110306669
公开日2012年4月18日 申请日期2011年10月11日 优先权日2011年10月11日
发明者刘壮, 杨春雷, 王晓峰, 肖旭东 申请人:中国科学院深圳先进技术研究院, 香港中文大学