改善銅銦鎵硒薄膜表面性質的電化學處理方法技術

本發明專利技術涉及太陽能電池技術領域，具體公開了改善銅銦鎵硒薄膜表面性質的電化學處理方法：將銅銦鎵硒薄膜硒化后放置在電化學工作站，僅Mo層連接工作電極，在無水乙醇中浸泡除去顆粒雜質；配制處理溶液，處理溶液為亞硫酸鹽、金屬硫化物和去離子水的混合溶液，pH值為8～14；施加電信號，1～600s后取出所述銅銦鎵硒薄膜，用去離子水沖洗，高純氮氣吹干，電信號為循環伏安電信號、恒壓電信號、恒流電信號、脈沖電壓電信號或脈沖電流電信號的任一種。本發明專利技術的方法能有效溶解薄膜表面突起，改善薄膜表面的粗糙度，去除表面二次相，優化了薄膜表面質量，且環境友好，利于工業推廣。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于太陽能電池
，特別涉及一種改善銅銦鎵硒薄膜表面性質的電化學處理方法。
技術介紹
太陽能是眾多可再生能源中最為豐富的能源，全球太陽光一小時的能量就相當于地球一年的能耗，遠遠高于風能、地熱、水電、海洋能、生物能等能源。太陽能在未來能源結構中的比重將越來越大，保守估計這一比重于2100年會超過60％。因此，太陽能電池研究是未來能源發展的重要課題。銅銦鎵硒(CuInxGaySez，也可包括硫，簡寫為CIGS)薄膜光伏板以其轉換效率高、長期穩定性好、抗輻射能力強等優點成為光伏界的研究熱點，有望成為下一代的廉價光伏板。銅銦鎵硒薄膜光伏板是多層膜結構，通常包括：襯底、背電極、銅銦鎵硒吸收層、緩沖層、窗口層、透明導電層等，其中銅銦鎵硒吸收層是太陽能光伏板最關鍵的組成部分，決定了其性能的好壞。常規產業化制備銅銦鎵硒電池光伏板的技術中，更多采用預制層后硒化法，這種方法的優勢是，設備要求更低且容易大規模流水線生產。但是，這種方法也容易在硒化后在銅銦鎵硒薄膜表面產生富Cu的雜相，比如Cu2Se。這些雜相具有低帶寬高導電性，嚴重危害電池組件的性能，因此需要通過特殊的方法修飾表面，消除富Cu雜相，提高電池性能。專利CN102694068A公開了一種銅銦鎵硒薄膜表面修飾的方法，在銅銦鎵硒薄膜上沉積一定厚度的金屬薄膜或合金薄膜，再將其置于反應性氣氛下高溫退火，沉積的金屬或合金與銅銦鎵薄膜表面的銅硒二次相(CuxSe)反應形成寬帶隙的銅硒多元金屬化合物，達到除去CuxSe的目的。沉積的金屬或合金包括Zn、Al、Sn、Sb、Bi以及它們的合金。這種技術消除了CuxSe，但是引入新的元素會帶來設備材料工藝成本的提升。專利CN103151429A公開了一種用于改善銅銦鎵硒薄膜材料表層質量的化學處理方法，包含：步驟1，將玻璃襯底上涂覆有Mo層和CIGS薄膜的樣品放入酒精溶液中浸泡5～10min，取出后在30～50℃下熱處理30～60s；步驟2，配制含去離子水、氨水和鋅鹽的化學處理液，其中，氨水濃度為3mol/L，鋅鹽濃度為0～1×10-2mol/L，將步驟1中采用熱處理后的樣品，放入上述化學處理液中，經過7-10min浸潤后取出樣品，用干燥氮氣吹干樣品表面殘留溶液，完成CIGS薄膜材料表層質量的化學處理。該技術主要用于填充Cu空缺，對于富Cu的雜相修飾效果很有限。B.Canavaetal.(JournalofPhysicsandChemistryofSolids,2003,64,E1791-E1796)報道了一種化學方法刻蝕銅銦鎵硒薄膜表面富Cu雜相的方法，該方法采用氰化鉀(KCN)、溴水(Br2)以及它們的混合物，對富Cu的CIGS表面進行浸泡腐蝕。結果顯示，KCN具有很好的消除富Cu雜相的效果；而溴水和二者的混合物也具有一定的刻蝕效果，但會導致其余不良反應，需要精確控制條件。采用這種方法進行刻蝕操作簡單，但是KCN本身是劇毒物質，而溴水也屬于易揮發、惡臭性有害物質，大規模的產業應用帶來環保問題。
技術實現思路
本專利技術的主要目的是針對上述現有技術中存在的操作復雜且容易引入其他雜質、對環境污染嚴重、成本較高的問題，提供一種改善銅銦鎵硒薄膜表面性質的電化學處理方法。為了實現上述專利技術目的，本專利技術采用的技術方案如下：改善銅銦鎵硒薄膜表面性質的電化學處理方法，包括如下步驟：步驟(1)：將銅銦鎵硒薄膜硒化后放置在電化學工作站，僅Mo層連接工作電極，在無水乙醇中浸泡1～2min，除去表面顆粒雜質；步驟(2)：配制處理溶液，所述處理溶液為0.001～2M/L亞硫酸鹽、0.001～2M/L金屬硫化物和去離子水的混合溶液，pH值為8～14；步驟(3)：步驟(1)處理的銅銦鎵硒薄膜放入步驟(2)制得的處理溶液，施加電信號，1～600s后取出所述銅銦鎵硒薄膜，用去離子水沖洗，高純氮氣吹干，所述電信號為循環伏安電信號、恒壓電信號、恒流電信號、脈沖電壓電信號或脈沖電流電信號的任一種。作為太陽能電池領域，尚沒有關于用電化學方法處理太陽能電池吸收層薄膜的方法的報道。本專利技術的專利技術人經過長期試驗，通過篩選得到本專利技術的電化學處理溶液，通過電化學方法處理銅銦鎵硒薄膜，通過電場作用，能有效溶解薄膜表面突起，改善銅銦鎵硒薄膜表面的粗糙度，消除表面富銅相。本專利技術通過篩選電化學處理液，能夠克服現有技術中的處理溶液劇毒、不環保的問題。本專利技術的方法，銅銦鎵硒薄膜襯底既可以是剛性基底，如鈉鈣玻璃，也可以是柔性基底，如聚酰亞胺、不銹鋼、鉬箔片、鋁箔片、銅箔片或鈦箔片等。銅銦鎵硒薄膜的沉積方法可以是濺射、共蒸鍍、電鍍以及旋涂等。作為優選，前述的改善銅銦鎵硒薄膜表面性質的電化學處理方法，所述亞硫酸鹽的濃度為0.1～0.3M/L。通過優選前述亞硫酸鹽的濃度，既可以提高處理液的導電性，又能兼顧處理溶液的粘稠度。作為優選，前述的改善銅銦鎵硒薄膜表面性質的電化學處理方法，所述金屬硫化物的濃度為0.2～0.4M/L。通過優選前述金屬硫化物的濃度，可以調節處理溶液的PH值，并改善溶液的導電性。作為優選，前述的改善銅銦鎵硒薄膜表面性質的電化學處理方法，所述亞硫酸鹽選自亞硫酸鈉、亞硫酸鉀、亞硫酸鎂、亞硫酸鋅或亞硫酸銅的任一種或一種以上的混合物。通過優選前述亞硫酸鹽作為氧化還原劑，在電場作用下，可以有效溶解銅銦鎵硒表面導電性較好的部分。作為優選，前述的改善銅銦鎵硒薄膜表面性質的電化學處理方法，所述金屬硫化物選自硫化鈉、硫化鉀、硫化鎂或硫化鋅的任一種或一種以上的混合物。通過優選前述硫化物，可以進一步調節處理溶液的PH值，并進一步改善整個溶液的導電性。作為優選，前述的改善銅銦鎵硒薄膜表面性質的電化學處理方法，步驟(2)中，所述pH值為12～14。通過優選前述pH值，可以進一步提高電化學工作站的電信號傳輸。作為優選，前述的改善銅銦鎵硒薄膜表面性質的電化學處理方法，所述電信號選自以下電信號的任一種：A.循環伏安電信號，所述循環伏安電信號的電壓范圍為-2.5～2.5V；B.恒壓電信號，所述恒壓電信號的電壓范圍為0.01～10V；C.恒流電信號，所述恒流電信號的電流范圍為0.1～1000mA/cm2；D.脈沖電壓電信號，所述脈沖電壓電信號的電壓范圍為0.1～1.5V，脈沖時間為5ms，間隔時間為50ms；E.脈沖電流電信號，所述脈沖電流電信號的電流范圍為0.01～200mA/cm2，脈沖時間為5ms，間本文檔來自技高網...

【技術保護點】
改善銅銦鎵硒薄膜表面性質的電化學處理方法，其特征在于，包括如下步驟：步驟(1)：將銅銦鎵硒薄膜硒化后放置在電化學工作站，僅Mo層連接工作電極，在無水乙醇中浸泡1～2min，除去表面顆粒雜質；步驟(2)：配制處理溶液，所述處理溶液為0.001～2M/L亞硫酸鹽、0.001～2M/L金屬硫化物和去離子水的混合溶液，pH值為8～14；步驟(3)：步驟(1)處理的銅銦鎵硒薄膜放入步驟(2)制得的處理溶液，施加電信號，1～600s后取出所述銅銦鎵硒薄膜，用去離子水沖洗，高純氮氣吹干，所述電信號為循環伏安電信號、恒壓電信號、恒流電信號、脈沖電壓電信號或脈沖電流電信號的任一種。

【技術特征摘要】
1.改善銅銦鎵硒薄膜表面性質的電化學處理方法，其特征在于，包括如
下步驟：
步驟(1)：將銅銦鎵硒薄膜硒化后放置在電化學工作站，僅Mo層連接工
作電極，在無水乙醇中浸泡1～2min，除去表面顆粒雜質；
步驟(2)：配制處理溶液，所述處理溶液為0.001～2M/L亞硫酸鹽、0.001～
2M/L金屬硫化物和去離子水的混合溶液，pH值為8～14；
步驟(3)：步驟(1)處理的銅銦鎵硒薄膜放入步驟(2)制得的處理溶液，
施加電信號，1～600s后取出所述銅銦鎵硒薄膜，用去離子水沖洗，高純氮氣
吹干，所述電信號為循環伏安電信號、恒壓電信號、恒流電信號、脈沖電壓電
信號或脈沖電流電信號的任一種。
2.根據權利要求1所述的改善銅銦鎵硒薄膜表面性質的電化學處理方法，
其特征在于，所述亞硫酸鹽的濃度為0.1～0.3M/L。
3.根據權利要求1所述的改善銅銦鎵硒薄膜表面性質的電化學處理方法，
其特征在于，所述金屬硫化物的濃度為0.2～0.4M/L。
4.根據權利要求1所述的改善銅銦鎵硒薄膜表面性質的電化學處理方法，
其特征在于，所述亞硫酸鹽選自亞硫酸鈉、亞硫酸鉀、亞硫酸鎂、亞硫酸鋅或
亞硫酸銅的任一種或一種以上的混合物。
5.根據權利要求1所述的改善銅銦鎵硒薄膜表面性質的電化學處理方法，
其特征在于，所述金屬硫化物選自硫化鈉、硫化鉀、硫化鎂或硫化鋅的任一種
或一種以上的混合物...

【專利技術屬性】
技術研發人員：何緒林，梅軍，廖成，劉江，葉勤燕，劉煥明，
申請(專利權)人：中物院成都科學技術發展中心，
類型：發明
國別省市：四川;51