你聽過銅錮稼硒薄膜太陽能電池嗎?兩種CIGS太陽能電池制作方法介紹

太陽能電池在生活中具有重要作用，例如馬路上的太陽能路燈就采用了太陽能電池。為增進(jìn)大家對太陽能電池的認(rèn)識，本文將對銅錮稼硒(CIGS)薄膜太陽能電池的兩種制作方法予以介紹。如果你對太陽能電池，抑或是對太陽能電池的制作方法具有需求，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

CIGS 薄膜太陽能電池的底電極 Mo 和上電極 n-Zn0 一般采用磁控濺射的方法，工藝路線比較成熟。最關(guān)鍵的吸收層的制備有許多不同的方法，這些沉積制備方法包括：

蒸發(fā)法、 濺射后硒化法、 電化學(xué)沉積法、 噴涂熱解法和絲網(wǎng)印刷法等。 現(xiàn)在研究最廣泛、制備出電池效率比較高的是共蒸發(fā)和濺射后硒化法，被產(chǎn)業(yè)界廣泛采用。后幾種屬于非 空方法，實(shí)際利用還有很多技術(shù)問題要克服，下面分別論述。

一、電化學(xué)沉積法

現(xiàn)在一般是在溶解有化合物成分的電解質(zhì)水溶液中，插入兩個(gè)相對的電極，加一定 電壓后，在負(fù)極基板上沉積出化合物薄膜。原料主要有氯化銅、三氯化錮、三氯化稼。電解液一般是亞硒酸和絡(luò)合劑檸檬酸鈉的水溶液，在鍍 Mo 薄膜的鈉鈣玻璃襯底上，采 用恒電位電沉積方法制備出太陽能電池薄膜材料 CIS 和 CIGS 薄膜。電化學(xué)法是非常有 競爭力的方法之一，它的制備設(shè)備簡單，對原料的純度要求不高，對襯底的幾何形狀也沒有特殊的限制，制備過程是在非真空條件下，原料的利用率比較高等等。這些優(yōu)點(diǎn)， 促使其受到業(yè)界的重視。但是，該方法在制備材料過程中，薄膜的化學(xué)計(jì)量比非常難以控制，大規(guī)模的商業(yè)利用還有很多技術(shù)問題需要克服。

1. 噴涂熱解法

通常把反應(yīng)物以氣溶膠(霧)的形式，一般是通過惰性氣體引入反應(yīng)腔中，在襯底上沉積制備吸收層薄膜。襯底通常要保持在高溫狀態(tài)，使化學(xué)原料發(fā)生裂解，形成薄膜。 制備 CIGS 薄膜通常是采用飽和的氯化銅，三氯化錮， 三氯化稼和 N-N 二甲基硒胺水溶 液，使該混合物噴射到已加熱襯底上，使之熱解反應(yīng)沉積成 CIGS 薄膜。

2. 絲網(wǎng)印刷法

和上一種方法類似，將半導(dǎo)體組成元素的粉或鹽類，做成糊狀與燒結(jié)物一起和有機(jī) 溶劑混合。將制備的糊狀物，用絲印的方法涂布在所需的襯底上，對襯底進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，使其中的有機(jī)物揮發(fā)掉。現(xiàn)在發(fā)展的噴墨打印、流延方法等都屬于此類的非真空方法。其最大的優(yōu)點(diǎn)是材料利用率高，設(shè)備簡單。 技術(shù)瓶頸是制備符合元素化學(xué)計(jì)量比的 CIGS 薄膜比較困難，并且容易出現(xiàn)二元或一元雜相，導(dǎo)致電池效率一般比較低。其溶劑一般需要具有化學(xué)揮發(fā)特性，對環(huán)境會造成一定的危害，需要增加環(huán)保設(shè)施。其制備薄膜的 表面平整度，也是一個(gè)需要克服的技術(shù)問題。

二、濺射后硒化方法

濺射硒化法是目前國際上普遍采用的方法。 由于可以在大面積玻璃上濺射金屬合金層，成份可以精確控制;后硒化材料可以采用固態(tài)的硒源，避免了劇毒的 HrSe 氣體，制 備的薄膜性能優(yōu)良，大面積電池組件的效率可以達(dá)到 13-15%，非常適合大面積開發(fā)。 現(xiàn)在已經(jīng)成為國際上普遍接受的產(chǎn)業(yè)化方法。

磁控濺射法制備金屬預(yù)制層的基本原理可以歸納如下：濺射時(shí)通入少量惰性氣體(氫 氣)，利用氣體輝光放電產(chǎn)生氫離子 Ar+ Ar+在電場的加速作用下，離子能量得到提高， 加速飛向金屬靶材，高能量離子轟擊靶表面，濺射出 Cu、In、Ga 離子。濺射出的粒子沉積在基片表面，基片是在玻璃上沉積 Mo 形成的底電極，這樣就形成銅錮嫁(CIG)金屬預(yù)制層。 經(jīng)過多年的發(fā)展，磁控濺射技術(shù)已經(jīng)比較成熟，其工藝參數(shù)容易控制。通常是通過 控制工作氣壓、濺射功率、Ar 氣流量、濺射順序等參數(shù)，就可以制備出成分均勻、表面平整的 CIG 金屬預(yù)置層，薄膜的成分控制比蒸發(fā)法要容易得多。制備出的 CIG 薄膜 比較致密，大面積均勻性好，成分可以精確控制。濺射法沉積速率高，材料利用率比較 高。 后硒化法最關(guān)鍵的一步， 是對制備的金屬預(yù)制層進(jìn)行高溫硒化，形成 CIGS 吸收層。 現(xiàn)在研究較多的硒化方法，主要是在真空或氫氣環(huán)境下使 Se 在高溫條件下蒸發(fā)，產(chǎn)生 Se 蒸汽，使其和預(yù)制膜反應(yīng)。這一方式可避免使用劇毒的 H2Se 氣體，因此操作更加安 全，設(shè)備也相對簡單。 濺射后硒化方法，已經(jīng)在大面積制備 CIGS 電池方面表現(xiàn)出了明顯的優(yōu)勢。成膜速 度高，制備的薄膜附著力好，成分容易控制，表面比較平整。Wurth Solar 和 Showa shell 制備的 120×60cm2 的組件效率超過 12%。本試驗(yàn)就是采用該方法進(jìn)行 CIGS 大面積電 池的工藝研究。

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