溅射法制备柔性太阳能电池CIGS吸收层和缓冲层的方法

摘要

本发明涉CIGS太阳能电池，具体说是溅射法制备柔性太阳能电池CIGS吸收层和缓冲层的方法,其包括制备吸收层靶材和缓冲层靶材、将上述两靶材和对应的溅射源置于加热的真空室内、在两靶材下侧设置工作台，含有钼电极层的基板可沿工作台移动、基板沿工作台正向移动时，溅射源由上向下轰击吸收层靶材，使钼电极层上沉积吸收层、吸收层沉积完成后，基板沿工作台反向移动，溅射源由上向下轰击缓冲层靶材，使吸收层上沉积缓冲层。本发明采用靶源沉积吸收层，不仅可进行大面积的生产，而且成膜质量高；并采用向由上向下的溅射法沉积吸收层与缓冲层，避免了因重力的影响使得沉积不够均匀的现象。

说明书

技术领域

本发明涉及CIGS太阳能电池的制备，具体说是柔性CIGS太阳能电池吸收层和缓冲层的制备方法。

背景技术

现有的CIGS(铜铟镓硒)太阳能电池包括基板，基板材料可包括玻璃、铝、不锈钢、聚合物或任何具相似可挠性的金属及塑料，在基板表面沉积有数层薄膜。首先，基板上沉积有碱硅酸盐层。一般而言，来自碱硅酸盐层的钠穿过底部电极层至吸收层，增加电池效率；接着，含有钼(Mo)的底部电极层溅射至碱硅酸盐层上，在底部电极层上沉积有吸收层，吸收层上沉积有缓冲层，缓冲层是由硫化镉(CdS)组成。硫化镉具有毒性。由氧化锌(ZnO)组成的快闪层溅镀形成于缓冲层上。快闪层用于防止太阳能电池在进行发电过程中，因Shunting及薄膜针孔(pinhole)的问题导致CIGS薄膜效能下降；最后，由铝掺杂氧化锌所构成的顶部电极层是溅射于快闪层上。

其中，CIGS吸收层是太阳能电池的核心部分，吸收层的制备方法如多元共蒸法和磁控溅射后硒化法。共蒸法由于采用四种不同的元素各具有不同的熔点，使得要控制整比化合物在大型基板上的形成是很困难的。目前，市场上出现有一种通过溅射法直接制备吸收层和缓冲层的方法，其采用的方法是使基板圆周运行，在圆周外通过溅射法使基板上形成吸收层和缓冲层。这种方法由于采用的是水平溅射，由于重力的作用，其在基板上沉积的吸收层和缓冲层不够均匀，影响电池的质量。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种沉积较均匀、可连续制备吸收层和缓冲的方法。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：溅射法制备柔性太阳能电池CIGS吸收层和缓冲层的方法,其包括以下步骤：

（1）制备吸收层靶材和缓冲层靶材；

（2）将上述两靶材和对应的溅射源置于加热的真空室内；

（3）在两靶材下侧设置工作台，含有钼电极层的基板可沿工作台移动；

（4）基板沿工作台正向移动时，溅射源由上向下轰击吸收层靶材，使钼电极层上沉积吸收层；

（5）吸收层沉积完成后，基板沿工作台反向移动，溅射源由上向下轰击缓冲层靶材，使吸收层上沉积缓冲层。

进一步地，所述吸收层靶材和缓冲层靶材设置于同一个旋转体上，旋转体内设有溅射源，通过转动旋转体切换吸收层靶材和缓冲层靶材。

进一步地，所述吸收层靶材由CIGS粉末压制而成。

进一步地，将CuCl₂、InCl₃、GaCl₃、Na₂Se加入乙二胺中反应合成CIGS粉末。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、本发明采用靶源沉积吸收层，不仅可进行大面积的生产，而且成膜质量高；

2、采用由上向下的溅射法沉积吸收层与缓冲层，避免了因重力的影响使得沉积不够均匀的现象。

3、采用可切换的靶材方式，配合基板的正、反向运动，以沉积吸收层和缓冲层，提高了生产效率。

具体实施方式

下面详细介绍本发明：

本发明的方法包括以下步骤：

（1）制备吸收层靶材和缓冲层靶材；

在制备吸收层靶材时，首先将CuCl₂、InCl₃、GaCl₃、Na₂Se加入乙二胺中搅拌，乙二胺可吸收合成反应所释放的多余热量，并可增加前驱盐在溶剂中的溶解度，从而使反应更完全；通过上述化合物进行反应，从而合成CIGS粉末，且CIGS的粒径较为均匀；然后将粉末压制成吸收层靶材，这种方式可使靶材的致密度可达90%以上。本发明的缓冲层靶材采用现有的CdS靶材。

（2）将上述两靶材和对应的溅射源置于加热的真空室内，使得溅射在真空中进行，并通过加热器进行加热，维持适当的温度条件；溅射源采用等离子化的惰性气体，如通过离化器使氩气生成等离子带电体等；溅射源通过轰击靶材，使相应的成分沉积在基板上。

（3）在两靶材下侧设置工作台，含有钼电极层的基板可沿工作台移动；工作台支撑基板，同时可通过滚子等现有装置使基板沿工作台正反向移动。

（4）基板沿工作台正向移动时，吸收层靶材位于基板正上方，溅射源由上向下轰击吸收层靶材，使钼电极层上沉积吸收层；

（5）吸收层沉积完成后，基板沿工作台反向移动，此时应将吸收层靶材切换成缓冲层靶材，使缓冲层靶材位于基板正上方，从而通过溅射源由上向下轰击缓冲层靶材，使吸收层上沉积缓冲层。

本方法由于采用向由上向下的溅射法沉积吸收层与缓冲层，避免了因重力的影响使得沉积不够均匀的现象，不仅可连续制备吸收层和缓冲层，生产效率高；而且成膜质量高。

在本发明中，为了实现吸收层靶材和缓冲层靶材的切换，可将吸收层靶材和缓冲层靶材设置于同一个旋转体上，旋转体内设有溅射源，溅射源透过旋转体轰击靶材，并通过转动旋转体切换吸收层靶材和缓冲层靶材。这种方式节约空间，降低生产成本。当然，也可以采用其他的方式实现。

上述实施方式仅供说明本发明之用，而并非是对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明精神和范围的情况下，还可以作出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也应属于本发明的范畴。