一种铜锑硒太阳能电池光吸收层薄膜的制备方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115161610A(43)申请公布日2022.10.11(21)申请号202211089623.1H01L31/032(2006.01)(22)申请日2022.09.07H01L31/0445(2014.01)(71)申请人合肥工业大学地址230009安徽省合肥市包河区屯溪路193号(72)发明人万磊王金明陈盈杰周儒毛小丽牛海红王欢(74)专利代理机构安徽省合肥新安专利代理有限责任公司34101专利代理师乔恒婷(51)Int.Cl.C23C14/35(2006.01)C23C14/16(2006.01)C23C14/58(2006.01)H01L31/18(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图6页(54)发明名称一种铜锑硒太阳能电池光吸收层薄膜的制备方法(57)摘要本发明公开了一种铜锑硒太阳能电池光吸收层薄膜的制备方法，采用先溅射金属预制层后硒化的方法。磁控溅射提高了成膜均匀性，同时控制溅射功率和沉积时间易于调节金属预制层的厚度和成分，使其成分富锑；之后进行了金属预制层的合金化和硒化，先将金属预制层在真空管式炉内退火，使其形成合金，之后再在双温区管式炉内进行硒蒸气热处理，对金属预制层进行硒化，最终生成结晶性良好的铜锑硒薄膜。本发明的制备方法不仅解决了化学计量比的铜锑硒薄膜难以制备的问题，也提高了薄膜均匀性和结晶性，为制备铜锑硒薄膜太阳能电池打下了基础。CN115161610ACN115161610A权利要求书1/1页1.一种铜锑硒太阳能电池光吸收层薄膜的制备方法，其特征在于采用先溅射金属预制层后硒化的方法，包括以下步骤：步骤1：磁控溅射铜‑锑金属预制层将镀钼的玻璃衬底置于磁控溅射系统真空室的衬底托盘上，抽到目标真空后，按次序依次溅射沉积铜锑合金层和锑层，通过两层的溅射时间来控制其厚度比，得到富锑的金属预制层；步骤2：金属预制层的合金化将步骤1获得的金属预制层置于双温区真空管式炉中的石墨衬底托盘上，抽至目标真空后，通适量氩气，对金属预制层加温进行合金化；步骤3：金属预制层的硒化本步骤仍在双温区真空管式炉中进行，将衬底和硒源同时升至目标温度，在硒蒸气中进行硒化，最终得到铜锑硒CuSbSe2薄膜。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤1中，将镀钼的玻璃衬底置于磁控溅射系统真空室的衬底托盘上，并将真空室抽真空至5×10‑4Pa，随后向内部通氩气至0.7Pa；采用双极脉冲磁控溅射法，按次序依次溅射铜锑合金靶和锑靶。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：铜锑合金靶中铜和锑的原子比为1:1，溅射功率分别为铜锑合金靶50‑100w、锑靶40‑90w，靶材离衬底的距离为5‑10cm。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：溅射时间为铜锑合金靶1‑3分钟，锑靶7‑11分钟，得到富锑的金属预制层；其中铜锑合金与锑层厚度比为1:9至1:10。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤2中，将金属预制层置于双温区真空管式炉中的石墨衬底托盘上，先抽真空至1Pa，然后通氩气至0.02MPa，将衬底温度从室温升至250‑350℃，随后保温5‑20分钟进行合金化。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤3中，仍在双温区真空管式炉中进行，将衬底温度从250‑350℃升到硒化目标温度370‑390℃并保温5‑20分钟，同时将硒源的温度从室温升至300℃并保温5‑20分钟，随后自然降至室温，得到铜锑硒CuSbSe2薄膜。2CN115161610A说明书1/5页一种铜锑硒太阳能电池光吸收层薄膜的制备方法技术领域[0001]本发明涉及一种太阳能电池光吸收层薄膜的制备方法，具体地说是一种铜锑硒太阳能电池光吸收层薄膜的磁控溅射制备方法。背景技术[0002]薄膜太阳能电池近年来受到了广泛的关注。在薄膜太阳能电池中，铜基半导体始终作为一个重要分支，受到广泛研究，并逐步商业化。其中较著名的就是铜铟镓硒和铜锌锡硫太阳能电池。但这两种电池由于技术复杂，生产成本较高，近年来商业化进程较慢，迫使人们寻找其替代品。铜锑硒（CuSbSe2）就是其中最具发展潜力的替代材料。它除了继承铜基半导体光吸收系数高、电学性质可控、带隙可调的优点外，与铜铟镓硒和铜锌锡硫这两种四元化合物相比，其物相更简单、沉积温度更低，这有利于得到物相更纯的薄膜，并有利于制备基于聚合物衬底的柔性太阳能电池。因此，铜锑硒被认为具有很大的发展潜力。[0003]铜锑硒光吸收层是铜锑硒薄膜太阳能电池核心。目前文献报道的薄膜制备方法大多只适合实验室小面积电池，如溶液旋涂法、浆料涂覆法、电化学沉积法、脉冲激光沉积法，这些技术不适合用于制备大面积商业化电池组件。在各种薄膜制备方法中，磁控溅射技术具有设备简单、镀膜快速均匀