专利名称：Cigs太阳能光伏电池制备方法
技术领域：
本发明涉及太阳能光伏电池技术领域，具体涉及一种CIGS (铜铟镓硒)太阳能光伏电池制备方法。
背景技术：
目前，国家大力倡导发展绿色可再生能源，基于CIGS的太阳能光伏电池是其中一种，具有诸多优点最高太阳能光伏薄膜电池光电转换效率；优异的稳定性和正常工作寿命；容易低成本大规模商业化生产。CIGS电池的光电转换效率与电池的制备方法密切相关。现有的制备方法一方面原材料耗费量大，生产成本高；另一方面电池的光电转换效率低，可重复性差；而且，电池制备过程中使用有毒的镉化合物，需要进行特殊处理。
发明内容
本发明的目的在于提供一种CIGS太阳能光伏电池制备方法，该电池的制备方法原料利用率高，产品性能好，可重复性佳。本发明的技术解决方案是该光伏电池制备方法包括以下步骤
(1)清洗玻璃基板将玻璃基板在碱液中浸泡，再用水清洗并用空气或氮气吹干；
(2)溅镀钼(Mo)金属在磁控溅射设备中，以氩气(Ar)为气源、钼金属为靶源，在真空度下步骤1的玻璃基板上溅镀一层钼金属薄膜作为背面电极；
(3)溅镀铜(Cu)铟(In)镓(Ga)合金在磁控溅射设备中，以氩气为气源、铜镓合金和铟为靶源，在真空度下步骤2的钼金属镀膜上继续溅镀一层铜铟镓合金作为吸收层前体；
(4)硒(硫)化将步骤3的溅镀了铜铟镓合金和钼金属的玻璃基板放置在硒化炉中迅速升温，先用氮气稀释的硒化氢^2Se)进行硒化，再换成氮气稀释的硫化氢(H2S)进行硫化，得到铜铟镓硒硫化合物(CuhxGagkYSH)作为吸收层；
(5)化学浴沉积硫化锌(ZnS)将步骤4的硒(硫)化后的玻璃基板浸泡在含有硫酸锌 (ZnSO4)、硫脲(SC (NH2) 2)和氨水(NH3H2O)的水浴中，沉积硫化锌作为缓冲层；
(6)溅镀氧化锌(ZnO)在磁控溅射设备中，以氩气和氧气为气源、氧化锌陶瓷靶为靶源，在真空度下步骤5的硫化锌缓冲层上面真空磁控溅射镀一层氧化锌作为窗口层；
(7)溅镀铝杂氧化锌(Al-SiO)在磁控溅射设备中，以氩气和氧气为气源、氧化锌陶瓷靶为靶源，在真空度下步骤6的氧化锌窗口层上面真空磁控溅射镀一层铝杂氧化锌作为正面透明电极。其中，步骤1的玻璃基板在质量浓度5%氢氧化钾(KOH)水溶液中60°C下浸泡15 分钟。其中，步骤2的真空度为0. 5_2Pa，钼金属镀膜厚0. 5-1. 5微米。其中，步骤3的真空度为0. 5_2Pa，铜铟镓合金层厚1_2微米，铜铟镓合金的组分控制为Cu/ (In+Ga) =0. 8-0. 9，Ga/ (In+Ga) =0. 2-0. 3。其中，步骤4的硒化炉迅速升温至450°C，氮气稀释的硒化氢(Hje)中含10%体积的硒化氢(Hje)，硒化二十分钟；步骤4的氮气稀释的硫化氢(H2S)中含10%体积的硫化氢 (H2S),硫化十分钟。其中，步骤5中，将步骤4的玻璃基板浸泡在含有1. 4毫摩尔硫酸锌(ZnS04)、140 毫摩尔硫脲(SC (NH2)2)和1摩尔氨水(NH3H2O)的水浴中，并在60_80°C下反应十五分钟，沉积50-100纳米厚硫化锌作为缓冲层。其中，步骤6的真空度为0.5_2Pa，气源中氩气比氧气为4比1，氧化锌窗口层厚 50-100 纳米。其中，步骤7的真空度为0. 5_2Pa，气源中氩气比氧气为4比1，氧化锌陶瓷靶中含 1%-2%质量Al2O3，铝杂氧化锌正面透明电极厚0. 8-2微米。本发明具有以下优点1、真空磁控溅镀铜铟镓金属合金前体后采用氮气稀释硒 (硫)化氢进行硒(硫)化的制备方法原材料利用率高；2、真空磁控溅镀铜铟镓金属合金前体后采用氮气稀释硒(硫)化氢进行硒(硫)化的工艺制备的电池化合物组分均勻，光电转换效率高，且重复性好；3、采用硫化锌作为缓冲层材料，避免使用有毒的镉化合物。
图1是本发明CIGS太阳能光伏电池结构示意图。图中1正面透明电极；2窗口层；3缓冲层；4吸收层；5背面电极；6玻璃基板。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，这些实施例不能理解为是对技术方案的限制。实施例1 依以下步骤制备CIGS太阳能光伏电池
(1)清洗玻璃基板将玻璃基板在5%氢氧化钾(KOH)水溶液中60°C下浸泡15分钟，再用水清洗并用空气吹干；
(2)溅镀钼(Mo)金属在磁控溅射设备中，以氩气(Ar)为气源、钼金属为靶源，在气压为0. 5Pa的真空度下，在步骤1的玻璃基板上溅镀一层0. 5微米厚钼金属薄膜作为背面电极；
(3)溅镀铜(Cu)铟(In)镓(Ga)合金在磁控溅射设备中，以氩气为气源、铜镓合金 (Cu/Ga=4)和铟为靶源，在气压为0. 5Pa的真空度下，在步骤2的钼金属镀膜上继续溅镀一层1. 0微米厚的铜铟镓合金作为吸收层前体，合金的组分控制为Cu/an+Ga)=0. 8，Ga/ (In+Ga)=0.2 ；
(4)硒(硫)化将步骤3的溅镀铜铟镓合金后的玻璃基板放置在硒化炉中，迅速加热至 450°C用氮气稀释的含10%体积的硒化氢(Hje)硒化二十分钟，再换成氮气稀释的含10%体积的硫化氢(H2S)进一步硫化十分钟，得到铜铟镓硒硫化合物(CuhxGagkYSH)作为吸收层；
(5)化学浴沉积硫化锌(ZnS)将步骤4的硒(硫)化后的玻璃基板浸泡在含有1.4毫摩尔硫酸锌(ZnSO4), 140毫摩尔硫脲(SC(NH2)2)和1摩尔氨水(NH3H2O)的水浴中，并在60°C 下反应十五分钟，沉积50纳米厚硫化锌作为缓冲层；
(6)溅镀氧化锌(ZnO)在磁控溅射设备中，以氩气和氧气(氩气比氧气为4比1)为气源、氧化锌陶瓷靶为靶源，在气压为0. 5Pa的真空度下，步骤5的硫化锌缓冲层上面真空磁控溅射镀一层50纳米厚氧化锌作为窗口层；
(7)溅镀铝杂氧化锌(Al-SiO)在磁控溅射设备中，以氩气和氧气(氩气比氧气为4比 1)为气源、含1%质量Al2O3的氧化锌陶瓷靶为靶源，在气压为0. 5Pa的真空度下，步骤6的氧化锌窗口层上面真空磁控溅射镀一层0. 8微米厚铝杂氧化锌作为正面透明电极。实施例2 依以下步骤制备CIGS太阳能光伏电池
(1)清洗玻璃基板将玻璃基板在5%氢氧化钾(KOH)水溶液中60°C下浸泡15分钟，再用水清洗并用氮气吹干；
(2)溅镀钼(Mo)金属在磁控溅射设备中，以氩气(Ar)为气源、钼金属为靶源，在气压为IPa的真空度下，在步骤1的玻璃基板上溅镀一层1微米厚钼金属薄膜作为背面电极；
(3)溅镀铜(Cu)铟(In)镓(Ga)合金在磁控溅射设备中，以氩气为气源、铜镓合金 (Cu/Ga=4)和铟为靶源，在气压为IPa的真空度下，在步骤2的钼金属镀膜上继续溅镀一层1. 5微米厚的铜铟镓合金作为吸收层前体，合金的组分控制为Cu/an+Ga)=0. 85，Ga/ (In+Ga)=0. 25 ；
(4)硒(硫)化将步骤3的溅镀铜铟镓合金后的玻璃基板放置在硒化炉中，迅速加热至 450°C用氮气稀释的含10%体积的硒化氢(Hje)硒化二十分钟，再换成氮气稀释的含10%体积的硫化氢(H2S)进一步硫化十分钟，得到铜铟镓硒硫化合物(CuhxGagkYSH)作为吸收层；
(5)化学浴沉积硫化锌(ZnS)将步骤4的硒(硫)化后的玻璃基板浸泡在含有1.4毫摩尔硫酸锌(ZnSO4), 140毫摩尔硫脲(SC(NH2)2)和1摩尔氨水(NH3H2O)的水浴中，并在70°C 下反应十五分钟，沉积75纳米厚硫化锌作为缓冲层；
(6)溅镀氧化锌(ZnO)在磁控溅射设备中，以氩气和氧气(氩气比氧气为4比1)为气源、氧化锌陶瓷靶为靶源，在气压为IPa的真空度下，步骤5的硫化锌缓冲层上面真空磁控溅射镀一层75纳米厚氧化锌作为窗口层；
(7)溅镀铝杂氧化锌(Al-SiO)在磁控溅射设备中，以氩气和氧气(氩气比氧气为4比 1)为气源、含1. 5%质量Al2O3的氧化锌陶瓷靶为靶源，在气压为IPa的真空度下步骤6的氧化锌窗口层上面真空磁控溅射镀一层1.4微米厚铝杂氧化锌作为正面透明电极。实施例3 依以下步骤制备CIGS太阳能光伏电池
(1)清洗玻璃基板将玻璃基板在5%氢氧化钾(KOH)水溶液中60°C下浸泡15分钟，再用水清洗并用空气吹干；
(2)溅镀钼(Mo)金属在磁控溅射设备中，以氩气(Ar)为气源、钼金属为靶源，在气压为2 的真空度下，在步骤1的玻璃基板上溅镀一层1. 5微米厚钼金属薄膜作为背面电极；
(3)溅镀铜(Cu)铟(In)镓(Ga)合金在磁控溅射设备中，以氩气为气源、铜镓合金 (Cu/Ga=4)和铟为靶源，在气压为2Pa的真空度下，在步骤2的钼金属镀膜上继续溅镀一层2.0微米厚的铜铟镓合金作为吸收层前体，合金的组分控制为Cu/an+Ga)=0.9，Ga/ (In+Ga) =0. 3 ；
(4)硒(硫)化将步骤3的溅镀铜铟镓合金后的玻璃基板放置在硒化炉中，迅速加热至 450°C用氮气稀释的含10%体积的硒化氢(Hje)硒化二十分钟，再换成氮气稀释的含10%体积的硫化氢(H2S)进一步硫化十分钟，得到铜铟镓硒硫化合物(CuhxGagkYSH)作为吸收层；
(5)化学浴沉积硫化锌(ZnS)将步骤4的硒(硫)化后的玻璃基板浸泡在含有1.4毫摩尔硫酸锌(ZnSO4), 140毫摩尔硫脲(SC(NH2)2)和1摩尔氨水(NH3H2O)的水浴中，并在80°C 下反应十五分钟，沉积100纳米厚硫化锌作为缓冲层；
(6)溅镀氧化锌(ZnO)在磁控溅射设备中，以氩气和氧气(氩气比氧气为4比1)为气源、氧化锌陶瓷靶为靶源，在气压为2Pa的真空度下，步骤5的硫化锌缓冲层上面真空磁控溅射镀一层100纳米厚氧化锌作为窗口层；
(7)溅镀铝杂氧化锌(Al-SiO)在磁控溅射设备中，以氩气和氧气(氩气比氧气为4比 1)为气源、含洲质量Al2O3的氧化锌陶瓷靶为靶源，在气压为2 的真空度下，在步骤6的氧化锌窗口层上面真空磁控溅射镀一层2微米厚铝杂氧化锌作为正面透明电极。
权利要求
1.CIGS太阳能光伏电池制备方法，其特征在于该光伏电池制备方法包括以下步骤(1)清洗玻璃基板将玻璃基板在碱液中浸泡，再用水清洗并用空气或氮气吹干；(2)溅镀钼(Mo)金属在磁控溅射设备中，以氩气(Ar)为气源、钼金属为靶源，在真空度下步骤1的玻璃基板上溅镀一层钼金属薄膜作为背面电极；(3)溅镀铜(Cu)铟(In)镓(Ga)合金在磁控溅射设备中，以氩气为气源、铜镓合金和铟为靶源，在真空度下步骤2的钼金属镀膜上继续溅镀一层铜铟镓合金作为吸收层前体；(4)硒(硫)化将步骤3的溅镀了铜铟镓合金和钼金属的玻璃基板放置在硒化炉中迅速升温，先用氮气稀释的硒化氢^2Se)进行硒化，再换成氮气稀释的硫化氢(H2S)进行硫化，得到铜铟镓硒硫化合物(CuhxGagkYSH)作为吸收层；(5)化学浴沉积硫化锌(ZnS)将步骤4的硒(硫)化后的玻璃基板浸泡在含有硫酸锌 (ZnSO4)、硫脲(SC (NH2) 2)和氨水(NH3H2O)的水浴中，沉积硫化锌作为缓冲层；(6)溅镀氧化锌(ZnO)在磁控溅射设备中，以氩气和氧气为气源、氧化锌陶瓷靶为靶源，在真空度下步骤5的硫化锌缓冲层上面真空磁控溅射镀一层氧化锌作为窗口层；(7)溅镀铝杂氧化锌(Al-SiO)在磁控溅射设备中，以氩气和氧气为气源、氧化锌陶瓷靶为靶源，在真空度下步骤6的氧化锌窗口层上面真空磁控溅射镀一层铝杂氧化锌作为正面透明电极。
2.根据权利要求1所述的CIGS太阳能光伏电池制备方法，其特征在于其中，步骤1的玻璃基板在质量浓度5%氢氧化钾(KOH)水溶液中60°C下浸泡15分钟。
3.根据权利要求1所述的CIGS太阳能光伏电池制备方法，其特征在于其中，步骤2的真空度为0. 5-2Pa，钼金属镀膜厚0. 5-1. 5微米。
4.根据权利要求1所述的CIGS太阳能光伏电池制备方法，其特征在于其中，步骤3的真空度为0. 5-2Pa，铜铟镓合金层厚1-2微米，铜铟镓合金的组分控制为Cu/ (In+Ga) =0. 8-0. 9，Ga/ (In+Ga) =0. 2-0. 3。
5.根据权利要求1所述的CIGS太阳能光伏电池制备方法，其特征在于其中，步骤4 的硒化炉迅速升温至450°C，氮气稀释的硒化氢( )中含10%体积的硒化氢( )，硒化二十分钟；步骤4的氮气稀释的硫化氢(H2S)中含10%体积的硫化氢(H2S),硫化十分钟。
6.根据权利要求1所述的CIGS太阳能光伏电池制备方法，其特征在于其中，步骤5 中，将步骤4的玻璃基板浸泡在含有1. 4毫摩尔硫酸锌(ZnS04)、140毫摩尔硫脲(SC(NH2)2) 和1摩尔氨水(NH3H2O)的水浴中，并在60-80°C下反应十五分钟，沉积50-100纳米厚硫化锌作为缓冲层。
7.根据权利要求1所述的CIGS太阳能光伏电池制备方法，其特征在于其中，步骤6的真空度为0. 5-2Pa，气源中氩气比氧气为4比1，氧化锌窗口层厚50-100纳米。
8.根据权利要求1所述的CIGS太阳能光伏电池制备方法，其特征在于其中，步骤7的真空度为0. 5-2Pa，气源中氩气比氧气为4比1，氧化锌陶瓷靶中含1%- 质量Al2O3，铝杂氧化锌正面透明电极厚0. 8-2微米。
全文摘要
本发明公开了一种CIGS太阳能光伏电池制备方法，该光伏电池制备方法包括以下步骤清洗玻璃基板，溅镀钼金属，溅镀铜铟镓合金，硒(硫)化，化学浴沉积硫化锌，溅镀氧化锌和溅镀铝杂氧化锌；本发明原材料利用率高，电池化合物组分均匀，光电转换效率高，重复性好。
文档编号H01L31/18GK102386283SQ201110367960
公开日2012年3月21日 申请日期2011年11月18日 优先权日2011年11月18日
发明者陈群 申请人:陈群