CN104835869B - 铜铟镓硒薄膜太阳能电池及其制备方法 - Google Patents

铜铟镓硒薄膜太阳能电池及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池，包括基底、设置在该基底上的背电极层、设置在该背电极层上的光吸收层、设置在该光吸收层上的缓冲层及设置在该缓冲层上的窗口层，其特征在于，该光吸收层包括铜元素(Cu)、铟元素(In)、镓元素(Ga)及硒元素(Se)，该光吸收层为Cuy(In1‑xGax)Se2中原位掺杂Se元素，元素之间的摩尔比为1.0<Se:(Cu+In+Ga)≤1.5。本发明还涉及一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池的制备方法。

Description

铜铟镓硒薄膜太阳能电池及其制备方法
技术领域
本发明涉及光电技术领域，特别涉及铜铟镓硒薄膜太阳能电池及其制备方法。
背景技术
铜铟硒（CuInSe2，简称CIS）系薄膜太阳能电池作为第三代太阳能电池的代表，具有光电转化效率高、性能稳定、抗辐射性能好和制备成本低等优势。CIS的禁带宽度为1.04eV，铜镓硒（CuGaSe2，简称CGS）的禁带宽度为1.68 eV。在CIS中使一定量的Ga替代In，可以形成铜铟镓硒（Cu(In1-xGax)Se2）四元半导体材料，通过调节铜铟镓硒中Ga的含量可以调节电池的禁带宽度，进一步提高薄膜太阳能电池的光电转化效率。铜铟镓硒薄膜太阳能电池的典型结构为：减反射层/透明电极层/窗口层/过渡层/光吸收层（铜铟镓硒层）/金属背电极/衬底。其中铜铟镓硒层的质量直接决定薄膜太阳能电池的转化效率。
铜铟镓硒吸收层的制备方法有非真空法和真空法两类。其中非真空法主要包括电沉积、丝网印刷等工艺方法，但采用这些方法制备得到的铜铟镓硒薄膜中氧杂质含量高，成分控制精度差，导致制备得到的铜铟镓硒薄膜太阳能电池转化效率低，因此非真空法不能满足工业化生产要求。真空法主要包括共蒸发、铜铟镓（CuInGa，简称CIG）金属预制膜硒化和铜铟镓硒四元靶材溅射后退火等方法。共蒸发法制备得到的电池光电转化效率最高，但该方法成本高，工艺复杂，大面积均匀性差，不适于制备大面积电池。CIG金属预制膜硒化法制备得到的薄膜表面平整度差，成分分布不均匀，同时硒化反应需要在有毒的H2Se气氛中进行。为获得大面积高质量的铜铟镓硒薄膜，四元铜铟镓硒靶材溅射后退火的方法被广泛采用，为抑制退火过程中Se的流失，反应需要在H2Se气氛中完成，从而获得具有理想成分的铜铟镓硒薄膜，但H2Se气体的使用限制了该方法的应用。H2Se是易燃、剧毒性气体，且造价高，对气体的保存和操作都需要进行严格限制，阻碍了该工艺方法的实际应用。
发明内容
有鉴于此，确有必要提供一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池及其制备方法，在制备过程中无需使用Se单质蒸发气氛或H2Se气氛。
一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池，包括基底、设置在该基底上的背电极层、设置在该背电极层上的光吸收层、设置在该光吸收层上的缓冲层及设置在该缓冲层上的窗口层，该光吸收层包括铜元素(Cu)、铟元素(In)、镓元素(Ga)及硒元素(Se)，该光吸收层为Cuy(In1- xGax)Se2中原位掺杂Se元素，元素之间的摩尔比为1.0<Se:(Cu+In+Ga)≤1.5。
一铜铟镓硒薄膜太阳能电池的制备方法，包括：1）在该基底上制备所述背电极层；2）采用一溅射靶在该背电极层上溅射形成含有Se、Cu、In及Ga的无定形材料薄膜，该溅射靶的制备方法包括将Cuy(In1-xGax)Se2粉末和单质Se粉末在液态介质中进行球磨混合，再将球磨后的混合物烘干去除该液态介质；以及采用热压烧结、常压烧结或热等静压烧结工艺，对球磨后得到的混合体在400°C ~900°C进行烧结；以及对该无定形材料薄膜进行退火处理，该退火处理的气氛为真空、稀有气体及氮气中的至少一种，退火温度为300°C~600°C，升温速率为1°C/min~100°C/min，退火时间为0.1小时~3小时，得到薄膜太阳能电池光吸收层；3）对该无定形材料薄膜进行退火处理，该退火处理的气氛为真空、稀有气体（优选为氩气）及氮气中的至少一种，退火温度为300°C~600°C，升温速率为1°C/min~100°C/min，退火时间为0.1小时~3小时，得到所述光吸收层；4）在该光吸收层上形成缓冲层；以及5）在该缓冲层上形成窗口层。
与现有技术相比，本发明以高纯Cuy(In1-xGax)Se2粉末和Se粉末作为原料，先对Cuy(In1-xGax)Se2粉末和Se粉末进行混合球磨，再通过常压烧结、热压烧结或热等静压烧结获得具有高硒含量的四元溅射靶。使用该溅射靶进行真空磁控溅射，可以一次性获得高硒含量的四元薄膜，之后只需在真空或保护气氛中退火就可以完成薄膜的结晶和晶粒的长大，同时可以保证光吸收层中具有充足的Se含量。通过使用该溅射靶避免了薄膜后续退火过程中使用有害单质Se蒸发源或有毒H2Se气体，极大的提高了薄膜太阳能电池制备工艺的安全性，可以有效降低薄膜太阳能电池的制备成本，加速其工业化应用。
附图说明
图1为本发明实施例铜铟镓硒薄膜太阳能电池的结构示意图。
图2为本发明实施例铜铟镓硒薄膜太阳能电池的制备方法的流程图。
图3为本发明实施例溅射靶的XRD图谱。
图4为本发明实施例光吸收层的XRD图谱。
图5为本发明实施例2-1光吸收层的横截面的扫描电镜照片。
主要元件符号说明
铜铟镓硒薄膜太阳能电池 1
基底 10
背电极层 20
光吸收层 30
缓冲层 40
窗口层 50
透明电极层 60
减反射层 70
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
下面将结合附图及具体实施例对本发明提供的铜铟镓硒薄膜太阳能电池及其制备方法作进一步的详细说明。
请参阅图1，本发明实施例提供一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池1，包括基底10、设置在该基底10上的背电极层20、设置在该背电极层20上的光吸收层30、设置在该光吸收层30上的缓冲层40及设置在该缓冲层40上的窗口层50。该光吸收层30包括铜元素(Cu)、铟元素(In)、镓元素(Ga)及硒元素(Se)，具体为Cuy(In1-xGax)Se2中原位掺杂Se元素，元素之间的摩尔比为1.0<Se:(Cu+In+Ga)≤1.5。
该基底10优选为玻璃基板、不锈钢箔、钛金属箔或聚酰亚胺薄膜。
该背电极层20设置在该基底10表面。该背电极层20的材料优选为钼、钛、铝或钨。该背电极层20的厚度优选为50 nm~1000 nm。
该光吸收层30设置在该背电极层20表面。
该缓冲层40设置在该光吸收层30表面，该光吸收层30夹于该背电极层20与该缓冲层40之间。该缓冲层40的的材料优选为硫化镉(CdS)、硫化锌(ZnS)或硒化锌(ZnSe)。该缓冲层40的厚度优选为20 nm~ 200 nm。
该窗口层50设置在该缓冲层40的表面，该缓冲层40夹于该光吸收层30与该窗口层50之间。该窗口层50的材料优选为氧化锌(i-ZnO)。该窗口层50的厚度优选为0.1μm~1 μm。
该铜铟镓硒薄膜太阳能电池1可进一步包括设置在该窗口层50上的透明电极层60。该透明电极层60的材料优选为氧化锌铝(ZAO)、氧化铟锡(ITO)、氧化铟钛(ITiO)或氧化铟镓锌(IGZO)。该透明电极层60的厚度优选为0.1μm ~1μm。
该铜铟镓硒薄膜太阳能电池1可进一步包括设置在该透明电极层60上的减反射层70。该减反射层70的材料优选为氟化镁(MgF2)。该减反射层70的厚度优选为50 nm ~ 500nm。
该光吸收层30包括铜元素(Cu)、铟元素(In)、镓元素(Ga)及硒元素(Se)，该Se与Cu+In+Ga的摩尔比为1.0<Se:(Cu+In+Ga)≤1.5，Ga与In+Ga的摩尔比为0<Ga:(In+Ga)≤0.8。
该光吸收层30相组成为黄铜矿结构，具体为结晶态CIGS中原位掺杂少量Se。
该光吸收层30化学式可以由Cuy(In1-xGax)Se2+z表示，其中0<x≤0.8；0.5<y<1.2，优选为0.7<y<1.0；并且0<z<0.5。
优选地，该光吸收层30除该Se、Cu、In、Ga元素外，仅含有微量杂质，该杂质的含量优选为小于10ppm。
该光吸收层30的厚度优选为0.2μm~5.0μm。
该光吸收层30的电阻率优选为1Ωcm~1000Ωcm。
该光吸收层30的载流子浓度优选为1×1015cm-3~1×1018cm-3。
该光吸收层30的载流子迁移率优选为0.1cm2V-1s-1~100cm2V-1s-1。
该光吸收层30可以通过使用溅射靶通过溅射法进行溅射并退火得到，在退火过程中无需硒化处理。
该溅射靶由Cuy(In1-xGax)Se2 (简称CIGS)粉末及单质Se粉末混合后烧结形成，其中0<x≤0.8；0.5<y<1.2，优选为0.7<y<1.0。该溅射靶中Se在CIGS中原位掺杂，形成具有黄铜矿结构的Cuy(In1-xGax)Se2+z，其中0<x≤0.8；0.5<y<1.2，优选为0.7<y<1.0；并且0<z<0.5。另外，当Se含量较多时，Se可以同时以单质形式存在。即该溅射靶中含有(1)Cuy(In1-xGax)Se2+z或 (2) Cuy(In1-xGax)Se2+z与单质Se的组合。优选地，该化合物Cuy(In1-xGax)Se2+z为晶态。
该Se元素在该溅射靶中的原子百分比优选为57%~60%。
该单质Se在该溅射靶中的摩尔百分比优选为15%~20%。
在一实施例中，该溅射靶仅含有由CIGS及单质Se混合后烧结形成的物质及微量杂质，该杂质的含量优选为小于10ppm。
在另一实施例中，该溅射靶除了含有(1)Cuy(In1-xGax)Se2+z或 (2) Cuy(In1-xGax)Se2+z与单质Se的组合外仅含有微量杂质，该杂质的含量优选为小于10ppm。
该溅射靶的相对密度优选大于或等于90%，该相对密度=溅射靶实际密度:CIGS理论密度×100%。
该溅射靶的体电阻优选为10-2Ωcm ~100Ωcm。
该溅射靶表面的粗糙度优选小于或等于2微米，更优选为小于或等于0.5微米。
请参阅图2，本发明实施例提供一种所述铜铟镓硒薄膜太阳能电池1的制备方法，包括以下步骤：
1）在所述基底10上制备所述背电极层20；
2）采用一溅射靶在该背电极层20上溅射形成含有Se、Cu、In及Ga的无定形材料薄膜；以及
3）对该无定形材料薄膜进行退火处理，该退火处理的气氛为真空、稀有气体（优选为氩气）及氮气中的至少一种，退火温度为300°C~600°C，升温速率为1°C/min~100°C/min，退火时间为0.1小时~3小时，得到所述光吸收层30；
4）在该光吸收层30上形成缓冲层40；以及
5）在该缓冲层40上形成窗口层50。
具体地，在所述步骤1）中，可以通过物理方法，如蒸发法或溅射法，或化学方法，如电镀或化学镀的方法在该基底10表面制备该背电极层20。优选采用磁控溅射法制备该背电极层20。在制备该背电极层20前，可进一步包括对基底10进行清洁的步骤，以去除基底表面10的杂质。
在所述步骤2）中，该溅射靶的制备方法包括以下步骤：
2-1）将CIGS粉末和单质Se粉末在液态介质中进行球磨混合，再将球磨后的混合物烘干去除该液态介质；以及
2-2）采用热压烧结（非等静压）、常压烧结或热等静压烧结工艺，对球磨后得到的混合体在400°C ~900°C进行烧结。
该CIGS粉末具有黄铜矿结构。在该步骤2-1）中，该CIGS粉末和单质Se粉末优选按摩尔比1.0:(0.6~1.0)进行混合。该CIGS粉末和单质Se粉末的粒径优选为小于或等于10微米，更优选为0.05微米~2微米。该CIGS粉末和单质Se粉末的纯度优选为3N(质量百分比99.9%)~5N(质量百分比99.999%)。
该CIGS粉末和单质Se粉末可以在空气或保护气体（如Ar气或N2气）中进行球磨。
该液态介质为不与原料CIGS粉末和单质Se粉末发生反应，且通过之后的烘干步骤可以去除，不向混合物中引入其它杂质。该液态介质例如可以是水、乙醇及丙酮中的至少一种。该CIGS粉末和单质Se粉末的总质量与磨球质量比优选为1:(1~20)。
该球磨是在球磨机中进行，该液态介质、磨球、CIGS粉末和单质Se粉末置入该球磨机中。该球磨机的转速优选为100 rpm~600rpm。在球磨的过程中，一方面可以将该CIGS粉末和单质Se粉末充分混合均匀，另一方面可以将粉末的粒径细化，得到所需粒径的原料粉末。该球磨时间以混合均匀并且原料粒度达到要求为准。优选地，该球磨时间为0.5~20小时。该球磨后得到的混合体为CIGS粉末和单质Se粉末的机械混合物。
该烘干的温度优选为30°C~60°C，该烘干步骤可以在空气或保护气体（如Ar气或N2气）中进行，优选为在高纯(3N~5N)保护气体中进行烘干。
在该步骤2-2）中，当采用热压烧结工艺时，该热压烧结的烧结温度可以为400°C~900°C，烧结压力可以为30MPa~100MPa，烧结时间可以为1小时~40小时。当采用热等静压烧结工艺时，该热等静压烧结的烧结温度可以为400°C~900°C，烧结压力可以为100MPa~300MPa，烧结时间可以为1小时~40小时。当采用常压烧结工艺时，该常压烧结的烧结时间可以为1小时~40小时。
该烧结过程在保护气体中进行，该保护气体可以为Ar气或N2气，优选为纯度为3N~5N的Ar气或N2气。
当烧结过程中同时施加压力时，该混合体可以在烧结过程中成型，以形成预定形状的溅射靶，适于后续溅射使用。具体可以是将该混合体放入具有预定形状的模具中进行热压烧结或等静压烧结。
当该烧结为常压烧结时，该混合体可以在烧结前先进行成型，以形成预定形状的溅射靶，适于后续溅射使用。具体可以是将该混合体放入具有预定形状的模具中进行压制。该压制所用的压力可以为50MPa~300MPa。
另外，当采用任何烧结方式进行烧结前，均可对混合体进行预成型步骤，例如可以采用模具、浇铸或注射等方式使混合体预成型，在预成型过程中可以在混合体中加入粘结剂和/或溶剂。该粘结剂和/或溶剂在后续的烧结步骤中可以被完全去除。
在烧结后得到具有预定形状的烧结体后可以直接作为该溅射靶使用，也可以进一步进行加工成型、打磨等步骤。
请参阅图3，将烧结后得到的溅射靶进行XRD测试可以看到，该溅射靶主要成分为Cuy(In1-xGax)Se2+z，并可看到单质Se的衍射峰。
本发明实施例以高纯CIGS粉末和Se粉末作为原料，先对CIGS粉末和Se粉末进行混合球磨，再通过常压烧结、热压烧结或热等静压烧结获得具有高硒含量的四元溅射靶。使用该溅射靶进行真空磁控溅射，可以一次性获得硒原子比例高于原CIGS中硒原子比例的薄膜，之后只需在真空或保护气氛中退火就可以完成薄膜的结晶和晶粒的长大，同时可以保证光吸收层30中具有充足的Se含量。通过使用该溅射靶避免了薄膜后续退火过程中使用有害单质Se蒸发源或有毒H2Se气体，极大的提高了薄膜太阳能电池制备工艺的安全性，可以有效降低薄膜太阳能电池的制备成本，加速其工业化应用。
在该步骤2）中，该溅射过程采用单靶溅射，该溅射法可以为磁控溅射法，如直流溅射法或交流溅射法（如中频磁控溅射法或射频磁控溅射法），优选为中频磁控溅射法或射频磁控溅射法。该溅射的电流优选为0.1A~2.0A。该溅射的时间优选为1分钟~120分钟。
在进行溅射制备该无定形材料薄膜前，可进一步包括对基底连同该背电极层进行清洁的步骤，以去除基底及背电极层表面的杂质。
该溅射的温度可以为常温或高温，该基底温度优选为20°C~700°C。当采用高温时，该制备方法可进一步包括在溅射前将该基底在真空中预热的步骤。
该溅射法中使用的载气可以为氩气，载气的纯度优选为3N~5N。
该溅射过程中的本底真空为1×10-4Pa~1×10-2Pa。
该溅射时溅射室内的压力优选为0.1Pa~2.0Pa。
该基底与该溅射靶可以相互平行，也可以呈一夹角，该夹角优选为20º~85º之间。该基底与该溅射靶之间的距离优选小于或等于8cm。
通过溅射形成的无定形材料薄膜含有Se、Cu、In及Ga元素，Se与Cu+In+Ga的摩尔比为1.0<Se:(Cu+In+Ga)≤1.5。
在该步骤3）中，退火处理所用的稀有气体及氮气的纯度均优选为3N~5N。该退火处理过程中无需对该无定形材料薄膜硒化处理，该退火处理的气氛中Se元素的含量小于10ppm。该退火过程的本底真空优选为1×10-4Pa~1×10-2Pa。该退火过程使该无定形材料薄膜结晶化，请参阅图4，将退火后的薄膜进行XRD测试，可以看到通过该退火过程形成了具有黄铜矿结构的CIGS中原位掺杂少量Se的单一晶相薄膜。
可以理解，由于硒具有较高的蒸气压且熔点较低，极易在加热过程中蒸发。Se在形成溅射靶的混合粉末中的含量最高，在后续的溅射靶的制备及光吸收层30的制备过程中Se含量逐渐降低，其中在溅射后的退火过程是使Se含量大幅降低的步骤，但由于在溅射靶中Se含量较高，可以弥补退火过程中Se的损失量，从而使最终得到的光吸收层30中Se的含量较高，无需在退火时对薄膜进行硒化处理。该得到的光吸收层30无需进行硒化处理，可直接应用于薄膜太阳电池器件，所得器件光电转化效率可以达到8%以上。本发明实施例通过使用上述溅射靶进行溅射可以一次性获得硒原子比例足够大的无定形材料薄膜，该薄膜中的硒含量能够使退火过程中无需硒化处理，可以在真空或保护气氛中完成薄膜的结晶和晶粒的长大，同时可以保证光吸收层30中具有充足的Se含量。该方法不但制备得到的光吸收层30光电转化效率高，同时避免了有害Se单质蒸发气氛和剧毒H2Se气体的使用，既提高了操作的安全性和生产效率，又降低了生产成本，适用于工业化生产的应用。
在该步骤4）中，优选通过化学水浴沉积(CBD)法制备所述缓冲层40。
在该步骤5）中，优选采用磁控溅射法制备所述窗口层50。本实施例中是通过磁控溅射法制备本征氧化锌（i-ZnO）作为该窗口层50。
该铜铟镓硒薄膜太阳能电池的制备方法可进一步包括在该窗口层50上形成所述透明电极层60的步骤。优选为采用磁控溅射法制备所述透明电极层60。
该铜铟镓硒薄膜太阳能电池1的制备方法可进一步包括在该透明电极层60上形成所述减反射层70的步骤。优选采用磁控溅射法制备所述减反射层70。
实施例1：溅射靶及其制备方法
实施例1-1
称量成分比例为Cu/(In+Ga)=0.9(即y=0.9)，Ga/(In+Ga)=0.3（即x=0.3）的CIGS粉290 g、单质Se粉50 g、磨球1800 g，放入球磨罐中混合。球磨介质选为无水乙醇，球磨转速300 rpm，球磨时间8 h。球磨后烘干得到混合粉末。采用常压烧结制备靶材，将混合粉末放入压机中，在模具中进行压制，压力100 MPa，保压时间15 min。脱模后放入烧结炉，在高纯氩气氛围中进行烧结，烧结温度600 ºC，升温速率10 ºC/min，烧结时间5 h。烧结结束后随炉冷却至室温取样。靶材无裂纹开裂等缺陷，密实率达到95.7 %，靶材中Se的摩尔百分比为55%。
实施例1-2
称量成分比例为Cu/(In+Ga)=0.7(即y=0.7)，Ga/(In+Ga)=0.5（即x=0.5）的CIGS粉280 g、单质Se粉60 g、磨球1000 g，放入球磨罐中混合。球磨介质选为无水乙醇，球磨转速500 rpm，球磨时间4 h。采用热压烧结制备靶材，将粉末放入石墨模具中在高纯氮气氛围进行烧结。烧结温度700 ºC，升温速率15 ºC/min，烧结压力70 MPa，烧结时间4 h。烧结结束后随炉冷却至室温取样。靶材无裂纹开裂等缺陷，密实率达到99.4 %，靶材中Se的摩尔百分比为59%。
实施例1-3
称量成分比例为Cu/(In+Ga)=0.8(即y=0.8)，Ga/(In+Ga)=0.7（即x=0.7）的CIGS粉270 g、单质Se粉70 g、磨球800 g，放入球磨罐中混合。球磨介质选为去离子水，球磨转速200 rpm，球磨时间6 h。采用热等静压烧结制备靶材，将粉末进行包裹后，放入等静压机中成型烧结。烧结温度500 ºC，升温速率5 ºC/min，烧结压力240 MPa，烧结时间8 h。烧结结束后随炉冷却至室温取样。靶材表面平整，无裂纹开裂等缺陷，密实率达到99.8 %，靶材中Se的摩尔百分比为60%。
实施例2：铜铟镓硒薄膜太阳能电池
实施例2-1
在钠钙玻璃上采用真空磁控溅射方法沉积0.8 μm厚金属Mo薄膜，用实施例1-1制备的溅射靶进行真空磁控溅射，在Mo薄膜上沉积一层1.5 μm厚的无定形材料薄膜。溅射本底真空2.0×10-3 Pa，溅射工作气体为高纯氩气，溅射气压1.2 Pa，基底温度500 °C。在退火炉中对样品进行真空退火，以20 °C/min的升温速率升温至580 °C，保持恒温60 min，再随炉冷却至室温，获得光吸收层。该光吸收层中Se原子比例达到52%，导电类型为p型，电阻率60.6 Ω•cm，载流子迁移率4.30 cm2•V-1•s-1，载流子浓度为2.4×1016 cm-3。对该光吸收层的横截面进行扫描电镜测试，扫描电镜照片如图5所示。采用真空磁控溅射方法在该光吸收层上依次沉积缓冲层、窗口层、透明电极层和减反射层。该缓冲层为ZnS薄膜，该窗口层为ZnO薄膜，该透明电极层为ZAO薄膜，该减反射层为MgF2薄膜。制备得到的CIGS薄膜太阳能电池开路电压523.3 mV，短路电流密度22.5 mA/cm2，填充因子为52.7 %，光电转化效率为6.2%。
实施例2-2
在不锈钢基底上采用真空磁控溅射方法沉积0.5 μm厚金属Al薄膜，用实施例1-2制备的溅射靶进行真空磁控溅射，在Al薄膜上沉积一层2.0 μm厚的无定形材料薄膜。溅射本底真空1.0×10-3 Pa，溅射工作气体为高纯氩气，溅射气压0.7 Pa，基底温度20 °C。在退火炉中对样品进行退火，退火气氛为50 KPa高纯氮气，以10 °C/min的升温速率升温至550°C，保持恒温30 min，再随炉冷却至室温，获得光吸收层。退火后光吸收层中Se原子比例达到54 %，薄膜导电类型为p型、电阻率140.0 Ω•cm、载流子迁移率5.65 cm2•V-1•s-1、载流子浓度为7.9×1015 cm-3。采用真空磁控溅射方法在该光吸收层上依次沉积缓冲层、窗口层、透明电极层和减反射层。该缓冲层为CdS薄膜，该窗口层为ZnO薄膜，该透明电极层为ITO薄膜，该减反射层为MgF2薄膜。制备得到的CIGS薄膜太阳能电池开路电压449.4 mV，短路电流密度31.3 mA/cm2，填充因子为61.8 %，光电转化效率为8.7 %。
实施例2-3
在聚酰亚胺上采用真空磁控溅射方法沉积0.8 μm厚金属Mo薄膜，用实施例1-3制备的溅射靶进行真空磁控溅射，在Mo薄膜上沉积一层1.0 μm厚的CIGS薄膜。溅射本底真空2.0×10-4 Pa，溅射工作气体为高纯氩气，溅射气压0.5 Pa，基底温度100 °C。在退火炉中对样品进行退火，退火气氛为50 KPa高纯氮气，以5 °C/min的升温速率升温至500 °C，保持恒温90 min，再随炉冷却至室温，获得CIGS太阳电池吸收层。退火后薄膜中Se原子比例达到55%，薄膜导电类型为p型、电阻率27.5 Ω•cm、载流子迁移率7.1 cm2•V-1•s-1、载流子浓度为3.2×1016cm-3。采用真空磁控溅射方法在该光吸收层上依次沉积缓冲层、窗口层、透明电极层和减反射层。该缓冲层为ZnS薄膜，该窗口层为ZnO薄膜，该透明电极层为ITiO薄膜，该减反射层为MgF2薄膜。制备得到的CIGS太阳电池开路电压509.0 mV，短路电流密度25.9 mA/cm2，填充因子为52.1 %，光电转化效率为6.9 %。
另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其他变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (11)

1.一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池，包括基底、设置在该基底上的背电极层、设置在该背电极层上的光吸收层、设置在该光吸收层上的缓冲层及设置在该缓冲层上的窗口层，该光吸收层包括铜元素(Cu)、铟元素(In)、镓元素(Ga)及硒元素(Se)，其特征在于，该光吸收层为Cuy(In1-xGax)Se2中原位掺杂Se元素，元素之间的摩尔比为Se∶(Cu+In+Ga)等于1.5。
2.如权利要求1所述的铜铟镓硒薄膜太阳能电池，其特征在于，该光吸收层化学式由Cuy(In1-xGax)Se2+z表示。
3.如权利要求2所述的铜铟镓硒薄膜太阳能电池，其特征在于，0＜x≤0.8，0.5＜y＜1.2，并且O＜z＜0.5。
4.如权利要求1所述的铜铟镓硒薄膜太阳能电池，其特征在于，该光吸收层的载流子浓度为1×1015cm-3～1×1018cm-3，载流子迁移率为0.1cm2V-1s-1～100cm2V-1s-1。
5.如权利要求1所述的铜铟镓硒薄膜太阳能电池，其特征在于，该光吸收层的厚度为0.2μm～5.0μm。
6.一铜铟镓硒薄膜太阳能电池的制备方法，包括：
1)在一基底上制备背电极层；
2)采用一溅射靶在该背电极层上溅射形成含有Se、Cu、In及Ga的无定形材料薄膜，该溅射靶的制备方法包括：
将Cuy(In1-xGax)Se2粉末和单质Se粉末在液态介质中进行球磨混合，再将球磨后的混合物烘干去除该液态介质；以及采用热压烧结、常压烧结或热等静压烧结工艺，对球磨后得到的混合体在400℃～900℃进行烧结，其中，Cuy(In1-xGax)Se2粉末和单质Se粉末的粒径小于或等于10微米；
3)对该无定形材料薄膜进行退火处理，该退火处理的气氛为真空、稀有气体及氮气中的至少一种，退火温度为300℃～600℃，升温速率为1℃/min～100℃/min，退火时间为0.1小时～3小时，得到光吸收层，该光吸收层为Cuy(In1-xGax)Se2中原位掺杂Se元素，元素之间的摩尔比为Se∶(Cu+In+Ga)等于1.5；
4)在该光吸收层上形成缓冲层；以及
5)在该缓冲层上形成窗口层。
7.如权利要求6所述的铜铟镓硒薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，该退火处理的气氛中Se元素的含量小于10ppm。
8.如权利要求6所述的铜铟镓硒薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，该基底温度为20℃～700℃。
9.如权利要求6所述的铜铟镓硒薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，该溅射法为中频磁控溅射法或射频磁控溅射法。
10.如权利要求6所述的铜铟镓硒薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，该溅射过程中的本底真空为1×10-4Pa～1×10-2Pa。
11.如权利要求6所述的铜铟镓硒薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，该退火过程中无定形材料薄膜的Se含量下降。
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