一种全新的低成本高效率CIGS电池吸收层制备工艺
阅读：529发布：2023-01-18
专利汇可以提供一种全新的低成本高效率CIGS电池吸收层制备工艺专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公布一种全新的低成本高效率CIGS 电池 吸收层制备工艺(二次二步法)，为目前CIGS 薄膜 太阳能 电池产业化困境提供一种解决方案；通过两次溅射硒化和对 碱 金属的控制，本工艺能精确控制 铜 和镓的梯度，缩短整体硒化时间，提高大面积均匀性，且设备成本较低；首先用二步法制备一层较厚的无钠富铜CIGS，无钠富铜的环境显著促进了铟和镓的扩散，快速消除铟和镓的微观不均匀性，促使镓扩散到上表面，抑制MoSe2的生成，且结晶良好，这一步对硒化条件要求低、硒化时间短， 稳定性 高，适合高 节拍 低成本产业化；然后降温溅射一层较薄的含碱金属的第二预制层(In,Ga)2Se3，再次升温硒化数分钟完成吸收层的制备；碱金属的控制在二次二步法中对转换效率、生产节拍、均匀性、稳定性中均起重要作用。，下面是一种全新的低成本高效率CIGS电池吸收层制备工艺专利的具体信息内容。
1.一种全新的低成本高效率CIGS电池吸收层制备工艺，简称“二次二步法”，工艺步骤包括：
(1) 在具有碱金属阻挡层的衬底上，用溅射法制备含Cu、Ga、In的富铜性的第一预制层；
(2) 对第一预制层进行一次退火硒化，生成第一硒化层，退火温度为520~600度，退火时间为2~10分钟；
(3) 在第一硒化层上用溅射法制备包含Ga，In的硒化物和碱金属的第二预制层，碱金属至少包含钾、钠中的一种；
(4) 对第二预制层和第一硒化层进行二次硒化退火，生成电池CIGS吸收层，退火温度为550~600度，退火时间为3~10分钟。
2.权利要求1中所述的二次二步法，其特征是：第一预制层中的摩尔元素比例Cu/(Ga+In)=1.03~1.3。
3.权利要求1中所述的二次二步法，其特征是：整体CIGS吸收层的摩尔比例Cu/(Ga+In)=0.8~0.96，Ga/(Ga+In)=0.25~0.36。
4.权利要求1中所述的二次二步法，其特征是：一次退火硒化的硒源是固态硒，退火温度为550~600度。
5.权利要求1中所述的二次二步法，其特征是：一次退火硒化的硒源是硒化氢，退火温度为520~580度。
6.权利要求1中所述的二次二步法，其特征是：溅射制备第二预制层时的衬底温度在
400度以下。
7.权利要求1中所述的二次二步法，其特征是：第二预制层的硒化物靶材溅射靶材是In2Se3、Ga2Se3或(In,Ga)2Se3。
一种全新的低成本高效率CIGS电池吸收层制备工艺
技术领域
背景技术
[0002] 目前主流CIGS吸收层制备工艺有三种：三步共蒸发法（三步法），溅射后硒化法（二步法），溅射后硒化硫化法。目前CIGS产业化困境是难以找到一个合适的工艺同时解决投资成本、生产节拍、大面积均匀性与稳定性、电池转换效率问题。
[0003] 三步共蒸法源于1994年美国可再生能源实验室(NREL)公布的效率超过15%的CIGS的制备工艺，蒸发过程如图2所示。2014年9月德国Manz和ZSW实现21.7%的转换效率。三步共蒸法基本过程：第一步在Mo衬底上 共蒸发In、Ga、Se 元素，形成 (In,Ga)2Se3预制层。第二步共蒸发Cu 和Se，与(In,Ga)2Se3反应得到富Cu 的CIGS 薄膜，反应过程中Ga偏析于CIGS底部，形成下高上低的Ga的梯度。第三步蒸发少量的In、Ga、Se，消耗掉多余的CuxSe并得到表面贫铜的CIGS 薄膜，此层形成上高下低的Ga的梯度，最终整体形成一种Ga的V字型梯度和表面贫铜的效果，这是公认的制备高效率CIGS的关键，如图3所示。三步共蒸法整个工艺在30~50分钟间，其整体元素摩尔比一般为CGI=Cu/(Ga+In)=0.80~0.96, GGI= Ga/(Ga+In)=0.20~0.36。三步法制备的薄膜表面质量好、晶粒尺寸大、表面贫铜且存在着Ga 的双梯度带隙，是获得高效率CIGS的理想方法，目前大部分实验室采用共蒸发法都能在小面积上制备超过19%的小电池效率。但是这种方法要求精确控制四种元素的蒸发速度和蒸发量，难以保证大面积成膜时成分的一致性。三步法的高昂的设备成本、极难的工艺控制技术和较长工艺时间是阻碍其走向市场的瓶颈。
[0004] 后硒化法（二步法）首先在衬底上溅射沉积一层贫铜有钠的Cu、In、Ga 金属预置层，如CuGa\In或CuGaIn等，然后在Se或H2Se的气氛中进行退火硒化制备CIGS吸收层，退火温度一般在500-600度之间。采用固态Se源的二步法产业化中较好的工艺温度为550~580度、退火时间为20~30分钟左右。采用溅射法制备金属预制层，优点是设备要求低、均匀性好，全自动连续生产，符合大规模工业化条件，但其缺点是无法像三步共蒸法那样控制元素梯度，无论采用怎样的金属叠层，硒化过程中Ga都会全部沉积在CIGS的背电极部，而表面几乎没有Ga，这导致电池的Voc较低，效率无法提升；二步法由于金属预制层是贫铜且掺钠的，晶粒与表面粗糙度也不好控制。实际产业化时二步法中的剧毒H2Se完全可以由固态Se来代替，其机理在于固态硒在570度左右完成硒化仅需三四十来秒，剩下的硒化时间主要是用于元素扩散和晶粒生长，这一点H2Se并不优势。另外公认的H2Se的气氛均匀性要比Se蒸汽好，但实际产业化过程中Se蒸汽其实也有很好的均匀性。二步法由于效率瓶颈和较长的工艺时间，几乎没有企业成功地用二步法量产CIGS太阳能电池并投入市场。
[0005] 后硒化硫化法是在二步法中的硒化工艺之后加入硫化工艺。由于二步法表面Ga含量很低，造成表面禁带宽度较低，故在CIGS生成后，再采用H2S处理，可在薄膜表面形成宽禁带的CuInS2，从而也形成双梯度结构提高了器件开路电压。此法的缺点是引入的工艺复杂，硫化工艺时间过长（30分钟左右），产能低。中国有一家企业花费10亿左右引进一套设备，但电池效率长期无法提升，且产能较低，最终以5000万左右将设备售出停产。
[0006] CIGS的现状和困境近几年整个CIGS行业出现大量的倒闭潮，目前少数掌握核心设备技术与工艺的企业也仅仅是小规模量产，且基本上都是在发展柔性CIGS电池，以避开与晶硅太阳能的竞争。
导致CIGS行业如此局面有多种原因：
1.大量公司投入CIGS是在2010年前后，当时晶硅电池价格还较高，但随后几年，晶硅电池片的成本大幅下降，目前晶硅太阳能电池组件售价已低至3.3元/瓦(2015.4.20)，组件效率在16%左右，且产能已过剩。
导致CIGS行业如此局面有多种原因：
1.大量公司投入CIGS是在2010年前后，当时晶硅电池价格还较高，但随后几年，晶硅电池片的成本大幅下降，目前晶硅太阳能电池组件售价已低至3.3元/瓦(2015.4.20)，组件效率在16%左右，且产能已过剩。
[0007] 2.主要CIGS工艺方法中，二步法的转换效率不高，且产能低；三步法与后硒化硫化法的投资成本较高，且产能低，CIGS没有一种工艺技术可以在产业化方面与硅晶太阳能竞争。
[0008] 3.在没有形成实际市场竞争力的情况下，CIGS产业化过于激进，一方面是大量CIGS企业倒闭或举步维艰，没有一家公司形成具有市场竞争力的规模化产能，另一方面却是CIGS行业无时不刻地宣传CIGS的高转换效率和低成本，这直接导致外界对CIGS技术持续的疑虑和抨击，严重影响投资者对新的CIGS技术的投资可行性判断。现在CIGS的困境是要面对整个产能过剩，成本较低，组件效率高的晶硅太阳能电池行业，除非有一家示范性企业，用实实在在的高产能和低价格打入市场，才能再次消除投资者的顾虑，促进CIGS薄膜太阳能电池产业的蓬勃发展。
[0009] 目前，CIGS需要一种切实可行的新工艺，同时解决下面四种问题：1.高的转换效率；
2.大面积上的均匀性、稳定性；
3.低的设备成本，设备技术要求不高；
4.工艺节拍足够高（单位产能的投资成本）。
2.大面积上的均匀性、稳定性；
3.低的设备成本，设备技术要求不高；
4.工艺节拍足够高（单位产能的投资成本）。
[0010] 本发明是一种全新的CIGS吸收层制备工艺，综合了二步法与三步法在产业化实践时的优点和缺点，在二步法低成本设备的基础上，额外引入一条技术要求不高的硒化线和一条溅射线，进行二次溅射和硒化，可以和蒸发法一样精确调控Cu和Ga在垂直方向梯度；全程使用溅射法保证大面积上的元素成分的均匀性；同时充分利用碱金属在二步法中的作用，显著增加了生产节拍。本工艺过程容易在现有的实验室中实现，实验室中的技术又可直接转化为工业生产，其所有的设备技术在市场上都很成熟，自主开发的设备成本很低。
[0011] 碱金属的控制在本2-2-step工艺中起重要作用，下面介绍碱金属Na（钠在CIGS是代表碱金属）在CIGS工艺中的作用：(1)Na阻碍CuInSe2和CuGaSe2之间In和Ga的相互扩散，Na对In和Ga的相互扩散起绝对支配作用。
[0012] (2)当存在Na时，富铜相CuxSe（高温下呈液态）几乎不再影响In和Ga的相互扩散；但当不存在Na时，能促进In和Ga的相互扩散。
[0013] (3)因为Na的作用，无Na时的晶粒比Na时候的大，在富铜无钠的CIGS中，晶粒能长大到5微米（横向）；液态的富铜相CuxSe对CIGS晶粒大小也有显著的影响，这是三步共蒸法制备的CIGS的晶粒较大的基础。
[0014] (4)Na主要存在于Mo/CIGS/CdS的两个界面处，在CIGS的内部存在少量Na元素，处于晶界处。CIGS形核与生长过程中并不需要Na元素，CIGS制备完成后，通过Na（或K）对CIGS表面进行后处理，一样提高效率；三步共蒸法中，Na更适合在第三步加入。Na在CIGS表面诱导的铜缺陷，对CIGS的转换效率起极其关键作用。
[0015] (5)Na在Mo/CIGS的界面处，能促进MoSe2的生长，过量的MoSe2会导致CIGS脱落，MoSe2会影响硒化时的稳定性。
发明内容
[0017] 需要解决的问题目前三步法CIGS工艺能精确控制Cu和Ga的元素梯度，电池转换效率高，但均匀性控制难，设备成本高，不适合工业化推广；二步法的设备成本低，均匀性控制好，但难以控制Ga的梯度分布，电池效率不高，且硒化时间一般也长达在20分钟左右，产能不高。本新工艺方法是以二步法设备为基础，以三步法工艺为原理，摒弃二步法中采用贫铜有钠的金属预制层一次性硒化的做法，充分利用富铜和无钠在金属预制层后硒化产业化时的优点，为CIGS的产业化提供一种切实可行的解决方案。
[0018] 下面将详细介绍新工艺原理及带来的优点。
[0019] 二次二步法的工艺过程与原理：1.第一次溅射与第一次硒化的过程：在具有Na阻挡层的衬底上溅射一层电极层Mo，在Mo上用溅射法制备一层富铜性的含Cu、Ga、In的金属预制层，然后退火硒化成富铜性CIGS。
这一步的原理是：
(1)这一步骤形成的元素梯度分布等同于三步共蒸法中的第一步和第二步，其中Ga向Mo背电极偏析，过量的CuxSe向上表面偏析；三步共蒸法中的第一步和第二步需要较长的时间，且大面积均匀性控制较难，设备成本高；而溅射法的时间则较短，容易控制大面积均匀性，且设备成本低。
这一步的原理是：
(1)这一步骤形成的元素梯度分布等同于三步共蒸法中的第一步和第二步，其中Ga向Mo背电极偏析，过量的CuxSe向上表面偏析；三步共蒸法中的第一步和第二步需要较长的时间，且大面积均匀性控制较难，设备成本高；而溅射法的时间则较短，容易控制大面积均匀性，且设备成本低。
[0020] (2)二步法硒化工艺中，金属元素在几十秒内就完成硒化且Ga元素全部沉积在CIGS底部，但Na的存在严重阻碍了CuInSe2和CuGaSe2之间In和Ga的相互扩散，Ga在长达20分钟以上的退火工艺中也很难扩散到CIGS的表面。本工艺中这一层不存在碱金属Na，硒化时Ga和In的相互扩散显著加快，不仅在水平方向快速消金属铟岛和镓偏聚带来的微观不均匀，同时又在垂直方向上使足够多的镓扩散到上表面。由于不存在Na，富铜相CuxSe（高温下呈液态相）也进一步促进Ga、In元素之间的扩散；这一层的金属元素的原子数占整个吸收层金属元素的绝大部分（100%的Cu元素与90%左右的Ga、In元素），因此这一层的硒化时间的减少也就相当于整个吸收层硒化时间的减少；(3)二步法工艺中，由于CuInSe2、GaGaSe2是最终CIGS中的稳态相，只要硒化时气氛中Se含量足够，CIGS中的Se含量就很稳定。但实际采用二步法制备大面积的CIGS电池时，金属预制层必须掺入碱金属Na，而碱金属Na主要存在于Mo\CIGS的界面层并显著促进MoSe2的生成，如果硒气氛或温度的均匀性较差，会导致某些地方MoSe2过度生长从而导致整个CIGS的Se含量的不均匀性(Se供应不足会导致很低的转换效率)，MoSe2过厚将导致电池的填充因子较低甚至吸收层直接掉落。本工艺中这一步不加入钠元素，硒化时的温度、Se气氛的均匀性对硒化的稳定性影响将大大降低，这对设备的投资成本，生产的稳定性都非常有益。
[0021] (4)二步法的金属预制层为贫铜含钠，硒化时将导致晶粒很小且表面的粗糙度较大；而本工艺中这一步骤为富铜无钠，能促使CIGS容易形成大晶粒，从而减少温度波动、硒化气压波动对CIGS形核与生长的影响，这一步CIGS形成的晶粒为第二次硒化的形核提供良好的形核衬底。
[0022] 综合，一次溅射与一次硒化工艺的优点是：采用较低技术要求和较低成本的硒化设备，完成绝大部分金属元素的硒化；硒化时间较短，可以进行高速生产；溅射法的大面积均匀性很好控制，微观均匀性也很好；硒化过程具有较好的稳定性；硒化物晶粒很大，表面粗糙度较小。
[0023] 2.第二次溅射与第二次硒化的过程与原理：在上述富铜性CIGS的衬底上，在400度的温度以下，再次用射频溅射含Ga、In的硒化物的叠层，比如(Ga,In)2Se3等，并且含有至少一种碱金属K或Na。这一步的原理是：(1)这一步等同于三步共蒸法中的第三步，(Ga,In)2Se3用于消耗第一硒化层中的富铜相，并形成表面贫铜的效果；采用溅射法代替蒸发法，对设备的技术要求低，也是为了保证大面积均匀性；
(2)硒化物是陶瓷靶，缺点是：a.陶瓷靶导热较差容易开裂，故陶瓷靶一般厚度较薄从而导致靶材消耗太快，靶材更换频繁，影响生产节拍，且靶材成本高；b. 陶瓷靶的射频溅射功率不能太高，镀膜速度较慢；
但本工艺中第二次溅射的硒化物厚度很薄，溅射功率和速度都不需要很快，陶瓷靶材消耗很少，故这一层可采用陶瓷靶和射频溅射不会影响高速的生产节拍；第一次溅射与第一次硒化的最终目的就是使金属硒化，并形成下高上低的Ga的梯度，实验室中可以直接采用溅射硒化物靶材来代替这个过程（采用不同Ga含量的陶瓷靶形成不同梯度），但就是因为陶瓷靶的这些缺点不太适合高速产业化，本发明中采用富铜无钠的金属层硒化法来代替；
(3)金属In和CuGa靶在溅射时会产生铟岛和镓偏聚，导致微观不均匀性，而溅射的硒化物无论是非晶态还是晶态，都具有很好的微观均匀性；
(4)金属In和CuGa不适合高温溅射，而硒化物靶材能在高温下溅射，本工艺转化到工业生产时，采用高温溅射则可以节省一定能耗，以及缩短第二次硒化时升温的时间；一般地为了提高生产节拍，第一步硒化将采用快速升温工艺（RTP），而这一步在产业化时则不需要；
(5)尽管这一步先降温后再升温，会带来额外的能耗，但仅增加的能耗成本低于0.01元/w，相比晶硅电池3.3元/W的价格几乎可以忽略；
(6)三步共蒸法中的第三步时间较短，元素蒸发完毕后保温2分钟左右即完成吸收层的制备。本工艺中这一步等同于三步共蒸法中的第三步，故硒化的时间也只需要几分钟即可，尽管增加了一条硒化生产线，但高速的生产节拍使得实际的投资成本变得更低。
(2)硒化物是陶瓷靶，缺点是：a.陶瓷靶导热较差容易开裂，故陶瓷靶一般厚度较薄从而导致靶材消耗太快，靶材更换频繁，影响生产节拍，且靶材成本高；b. 陶瓷靶的射频溅射功率不能太高，镀膜速度较慢；
但本工艺中第二次溅射的硒化物厚度很薄，溅射功率和速度都不需要很快，陶瓷靶材消耗很少，故这一层可采用陶瓷靶和射频溅射不会影响高速的生产节拍；第一次溅射与第一次硒化的最终目的就是使金属硒化，并形成下高上低的Ga的梯度，实验室中可以直接采用溅射硒化物靶材来代替这个过程（采用不同Ga含量的陶瓷靶形成不同梯度），但就是因为陶瓷靶的这些缺点不太适合高速产业化，本发明中采用富铜无钠的金属层硒化法来代替；
(3)金属In和CuGa靶在溅射时会产生铟岛和镓偏聚，导致微观不均匀性，而溅射的硒化物无论是非晶态还是晶态，都具有很好的微观均匀性；
(4)金属In和CuGa不适合高温溅射，而硒化物靶材能在高温下溅射，本工艺转化到工业生产时，采用高温溅射则可以节省一定能耗，以及缩短第二次硒化时升温的时间；一般地为了提高生产节拍，第一步硒化将采用快速升温工艺（RTP），而这一步在产业化时则不需要；
(5)尽管这一步先降温后再升温，会带来额外的能耗，但仅增加的能耗成本低于0.01元/w，相比晶硅电池3.3元/W的价格几乎可以忽略；
(6)三步共蒸法中的第三步时间较短，元素蒸发完毕后保温2分钟左右即完成吸收层的制备。本工艺中这一步等同于三步共蒸法中的第三步，故硒化的时间也只需要几分钟即可，尽管增加了一条硒化生产线，但高速的生产节拍使得实际的投资成本变得更低。
[0024] 综合，二次溅射与二次硒化的优点是：射频溅射的硒化层很薄，适合高速工业化；溅射时可采用高温衬底，以减少硒化时升温时间，并节约一定的能耗尽和升温时间；溅射的大面积均匀容易控制，硒化物的微观均匀性也很好；二次硒化时间很短，适合高速工业化。
[0025] 具体解决方案本发明的技术方案通过如下步骤实现:
1.在衬底上溅射一层阻挡层，如SiO2、Al2O3，Si3N4等，阻止衬底上的Na或其他杂质向CIGS吸收层扩散；
2.溅射一层金属Mo，Mo是CIGS的衬底和背电极；
3.在Mo衬底上溅射一层含Cu，Ga，In元素的第一预制层，元素比例CGI=1.03~1.3，第一预制层的溅射时金属靶材成分是可以是CuGa、In、CuGaIn等；
4.第一预制层升温到520度~600度间进行一次退火硒化，制备第一硒化层，硒源可以是固态Se或H2Se；硒源为固态Se，硒化温度优选为550~600度，硒化时间为2~10分钟；硒源为H2Se，硒化温度优选为520~580度，硒化时间为2~10分钟；
5.将第一硒化物降温到400度以下，采用射频溅射一层Ga和In的硒化物并至少包含一种碱金属钠、钾，制得第二预制层，硒化物如(Ga,In)2Se3，In2Se3，Ga2Se3，(Ga,In)Se，GaSe，InSe，等，优选为In2Se3，Ga2Se3或(Ga,In)2Se3；碱金属可以直接掺入硒化物中，也可以采用溅射NaF、KF陶瓷靶；第二预制层根据第一预制层进行元素成分匹配，使整体元素比例为CGI=0.70~0.96，GGI=0.2~0.45，优选的比例范围为CGI= 0.80~0.96，GGI=0.25~0.36；
6.将第二预制层再次升温到550~600度硒化退火，硒源为固态Se或H2Se，硒化时间为
3~10分钟。
1.在衬底上溅射一层阻挡层，如SiO2、Al2O3，Si3N4等，阻止衬底上的Na或其他杂质向CIGS吸收层扩散；
2.溅射一层金属Mo，Mo是CIGS的衬底和背电极；
3.在Mo衬底上溅射一层含Cu，Ga，In元素的第一预制层，元素比例CGI=1.03~1.3，第一预制层的溅射时金属靶材成分是可以是CuGa、In、CuGaIn等；
4.第一预制层升温到520度~600度间进行一次退火硒化，制备第一硒化层，硒源可以是固态Se或H2Se；硒源为固态Se，硒化温度优选为550~600度，硒化时间为2~10分钟；硒源为H2Se，硒化温度优选为520~580度，硒化时间为2~10分钟；
5.将第一硒化物降温到400度以下，采用射频溅射一层Ga和In的硒化物并至少包含一种碱金属钠、钾，制得第二预制层，硒化物如(Ga,In)2Se3，In2Se3，Ga2Se3，(Ga,In)Se，GaSe，InSe，等，优选为In2Se3，Ga2Se3或(Ga,In)2Se3；碱金属可以直接掺入硒化物中，也可以采用溅射NaF、KF陶瓷靶；第二预制层根据第一预制层进行元素成分匹配，使整体元素比例为CGI=0.70~0.96，GGI=0.2~0.45，优选的比例范围为CGI= 0.80~0.96，GGI=0.25~0.36；
6.将第二预制层再次升温到550~600度硒化退火，硒源为固态Se或H2Se，硒化时间为
3~10分钟。
[0026] 技术优势本工艺优点是低的投资成本和低的设备技术要求，高速的生产节拍、完全可控的大面积均匀性，工艺稳定性，同时又实现和三步法完全一样Cu、Ga元素梯度分布和较高的电池效率，前面已详细说明了的每一步的原理与优势，三步法与二次二步法的工艺过程与原理的对比如图4所示。
附图说明
附图说明
[0027] 图1为二次二步法制备的吸收层工艺流程图。
[0028] 图2为典型三步共蒸法制备CIGS吸收层工艺（NREL）。
[0029] 图3为三步共蒸法制备的高转换效率CIGS吸收层的镓元素V字梯度分布。
[0030] 图4为三步法与二次二步法的工艺过程与原理的对比。
具体实施方式
[0031] 下面介绍本发明的实施例，但本发明绝非仅限于此实施例；CIGS吸收层可调参数极多，吸收层厚度、元素成分的变化区间较大，如CIGS吸收层整体的厚度在1.0~3.0微米左右，CGI在0.80~0.96左右, GGI在0.20~0.45左右都能制备出高效率的电池，而一般的二步法的硒化工艺温度可以在500~620度左右，硒化时间可在3~60分钟左右；碱金属的检测难度比较大，一般公认掺杂碱金属占吸收层的0.1%左右；溅射的KF或NaF的厚度在二步法或三步法的厚度范围很大，可在2~80nm左右变化，一般10~50nm为适宜数值；衬底可采用普通玻璃（耐温580度左右）、耐高温玻璃(可以耐温600度以上)、或柔性金属衬底，下面统称为衬底；本发明中给出的实施例中的参数是典型值，并不一定涉及实验可用的临界值，CIGS行业技术人员能很轻易地从实施例和前述所述的方案原理中引导出适合较大范围的实施例。未脱离本发明权利声明的行为，均在本发明的保护范围之内。实施例
[0032] 在衬底上溅射一层约20~100nm的SiOx；衬底选用普通玻璃时，最高耐温为580度，普通玻璃中的Na的含量较多，一般选用50nm左右的SiOx;低钠耐高温玻璃的耐温可达600度以上，选用20nm的SiOx则比较合适；金属衬底不含钠元素，阻挡层的作用主要是阻止杂质元素向CIGS扩散，不同的金属衬底选用其适合的阻挡层。
[0033] 在SiOx上溅射一层金属Mo，作用CIGS的背电极，Mo的厚度以500~1000nm为宜。
[0034] 在Mo衬底上采用直流溅射Cu75Ga25(原子比)金属靶材，再直流溅射金属In靶，调节In的厚度，用XRF检测手段使CGI在1.03~1.3的范围内；为了尽量减少金属In岛对最终形貌的影响，溅射金属In时的气压为1.5~2Pa左右，衬底应尽量保持较低的温度。
[0035] 对第一预制层进行第一次硒化；硒源可选用固态Se或H2Se，压力选用大气压（N2保护）或真空；工业化生产宜采用固态Se和大气压的N2环境；硒源采用固态Se，则硒源的温度在320~500度左右，通过氮气为运输载体将Se蒸气运输到衬底上方，在550~600度的温度下对第一预制层硒化退火，保温约2~10分钟（不含升降温时间），得到富铜无钠的第一硒化层；硒源选用H2Se，则硒化温度为520~580为宜，时间约2~10分钟。
[0036] 将衬底降温到400度以下，高于400度时CIGS容易发生Se的挥发缺失；在第一硒化层上采用射频溅射含碱金属的(Ga,In)2Se3，在实验室中可以采用交替溅射Ga2Se3，In2Se3和KF、NaF等陶瓷靶材，碱金属总厚度优选厚度约10nm~50nm，得到第二预制层；第二预制层中Ga与In的摩尔比一般为Ga：In=1：3；第二预制层中的Ga2Se3，In2Se3消耗掉第一预制层的富铜相CuxSe后并在吸收层的表面形成贫铜层；调节第二预制层的厚度或原子比使整体吸收层的CGI在0.80~0.96间，GGI在0.25~0.36间；其中GGI主要取决于制备第一预制层时CuGa靶的原子比，采用Cu70Ga30高Ga含量的靶则可使GGI达到0.4以上。
[0037] 再次将衬底升温到550~600度退火硒化，硒源采用固态硒源或硒化氢，退火时间3~10分钟，完成整个CIGS吸收层的制备，最终得到的吸收层平均厚度优选为1.5~2.5微米，太薄则光吸收量减少且表面粗糙度的影响加大，过厚则影响靶材消耗和工艺节拍，最优选厚度为1.5~1.8微米。
高效检索全球专利专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台，是提供专利分析，专利查询，专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。
我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据，免费查、免费专利分析。
分析报告
专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析，涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度，系统通过AI智能系统对图表进行解读，只需1分钟，一键生成行业专利分析报告。
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈