CIGS的锑化合物掺杂方法

摘要

本发明提供了一种CIGS的锑化合物掺杂方法，属于太阳能薄膜电池技术领域。CIGS的锑化合物掺杂方法包括以下步骤：一种CIGS的锑化合物掺杂方法，包括以下步骤：首先，将锑化合物和CIGS化合物按照所需的掺杂量混合，获得混合料；其次，将上述混合料进行粉碎处理，获得粉料；最后将上述粉料进行热压烧结，以获得掺杂锑化合物的CIGS化合物。通过上述方法可在CIGS化合物中均匀掺杂锑化合物的，利用上述方法制备的原料制备太阳能薄膜电池，有利于提高太阳能电池的转换效率。

权利要求

1.一种CIGS的锑化合物掺杂方法，其特征在于，包括以下步骤：(A)将锑基硫族化合物和CIGS化合物按照所需的掺杂量混合，获得混合料，所述锑基硫族化合物包括Sb2Te3或Sb2Se3，所述CIGS化合物的化学式为CuInxGa1-xSe2，其中x的取值范围为0.6～0.8，并且是通过在1130℃～1170℃的范围内将铜、铟、镓、硒四种原料混合、真空熔炼而成；

(B)将上述混合料进行粉碎处理，获得粉料；

(C)将上述粉料在600～700℃和真空条件下进行热压烧结，获得掺杂锑基硫族化合物的CIGS化合物。

2.根据权利要求1所述的CIGS的锑化合物掺杂方法，其特征在于，步骤(A)中锑基硫族化合物在CIGS化合物中的所需掺杂量为0.1at％～5at％。

3.根据权利要求1或2所述的CIGS的锑化合物掺杂方法，其特征在于，真空熔炼CIGS化合物包括以下步骤：

1)将Cu、In、Ga、Se按照1:y:(1-y):2的摩尔比混合于第一真空设备中，y的取值范围为

0.6～0.8，第一真空设备内的真空度为1×10-2～1×10-3Pa；

2)以80℃～100℃/小时的升温速率加热第一真空设备，使第一真空设备内的温度达到

1130℃～1170℃，然后保温3小时；

3)保温结束后，将第一真空设备自然冷却至50℃以下。

4.根据权利要求3所述的CIGS的锑化合物掺杂方法，其特征在于，步骤2)还包括以下步骤：

2.1)对第一真空设备进行保温3小时的过程中，还以0.5Hz的频率晃动第一真空设备。

5.根据权利要求1所述的CIGS的锑化合物掺杂方法，其特征在于，真空熔炼锑基硫族化合物包括以下步骤：

1)将二元锑基硫族化合物中两种元素按照2:3的摩尔比混合于第二真空设备中，第二真空设备内的真空度为1×10-2～1×10-3Pa；

2)以80℃～100℃/小时的升温速率加热第二真空设备，使第二真空设备内的温度达到

360℃～560℃，然后保温3小时并同时以0.5Hz的频率晃动第二真空设备；

3)保温结束后，将第二真空设备自然冷却至50℃以下。

6.根据权利要求1所述的CIGS的锑化合物掺杂方法，其特征在于，步骤(C)中的热压烧结包括以下步骤：C1)将粉料放进行干燥处理，去除粉料的水分，获得干粉料；

C2)将干粉料置入热压机内，热压机内的真空度5×10-3～1.0×10-3Pa；

C3)加热热压机使干粉料的温度达到600℃～700℃，热压机的工作压力为500吨，保温2～4小时；

C4)保温结束后，将热压机自然冷却，使干粉料的温度降温至室温。

7.根据权利要求1所述的CIGS的锑化合物掺杂方法，其特征在于，所述粉料的过筛处理，所述粉料的粒径为75μm～150μm。

说明书

CIGS的锑化合物掺杂方法

技术领域

[0001] 本发明涉及太阳能薄膜电池技术领域，具体而言，涉及CIGS的锑化合物掺杂方法。

背景技术

[0002] 铜铟镓硒(CIGS)作为薄膜太阳能电池应用已经将近二十年之久，与其他的薄膜太阳能电池材料相比，其吸收光谱宽、能带可调节性高的特点，CIGS是新一代的具有广泛应用潜力的薄膜太阳能电池材料。如何提高CIGS薄膜太阳能电池的转换效率，一直是该技术的关键问题，因为它直接影响到电池的应用成本和商业价值。目前，向CIGS材料中掺杂锑(Sb)元素的方法主要是基于IBM的掺杂方法，即将含Sb的化学溶液，通过旋转转盘发放的方式，喷涂在CIGS的薄膜上面，然后将喷涂Sb溶液的CIGS薄膜进行退火处理。

[0003] 但是，上述掺杂方法却存在下述问题：第一、配备Sb的化学溶液的过程较复杂、成本较高；第二、由于需要通过旋转式涂布机来将Sb的化学溶液喷涂到CIGS薄膜上面，喷涂均匀性差、造成大量溶液损失；第三、退火处理将Sb的原子扩散到CIGS薄膜中去，扩散过程中Sb的扩散均匀性差、速度慢；第四、整个工艺复杂且成本相对较高，不利于大规模的生产掺杂Sb元素的CIGS薄膜太阳能电池。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于提出一种CIGS的锑化合物掺杂方法，该方法工艺流程简单、操作灵活，大大提高Sb元素在CIGS材料中的掺杂均匀性，提高的CIGS太阳能电池的转换效率。

[0005] 一种CIGS的锑化合物掺杂方法，包括以下步骤：

[0006] (A)将锑化合物和CIGS化合物按照所需的掺杂量混合，获得混合料；

[0007] (B)将上述混合料进行粉碎处理，获得粉料；

[0008] (C)将上述粉料进行热压烧结，以获得掺杂锑化合物的CIGS化合物。

[0009] 优选地，步骤(A)中锑化合物在CIGS化合物中的所需掺杂量为0.1at％～5at％。

[0010] 优选地，步骤(A)中的所述CIGS化合物的化学式为CuInxGa1-xSe2，其中x的取值范围为0.6～0.8。

[0011] 优选地，步骤(A)中的所述CIGS化合物通过真空熔炼制备而成。

[0012] 优选地，真空熔炼CIGS化合物包括以下步骤：

[0013] 1)将Cu、In、Ga、Se按照1:y:(1-y):2的摩尔比混合于第一真空设备中，y的取值范围为0.6～0.8，第一真空设备内的真空度为1×10-2～1×10-3Pa；

[0014] 2)以80℃～100℃/小时的升温速率加热第一真空设备，使第一真空设备内的温度达到1130℃～1170℃，然后保温3小时；

[0015] 3)保温结束后，将第一真空设备自然冷却至50℃以下。

[0016] 优选地，步骤2)还包括以下步骤：

[0017] 2.1)对第一真空设备进行保温3小时的过程中，还以0.5Htz的频率晃动第一真空设备。

[0018] 优选地，步骤(A)中的所述锑化合物通过真空熔炼制备而成，所述锑化合物为包括Sb2Te3或Sb2Se3。

[0019] 优选地，真空熔炼锑化合物包括以下步骤：

[0020] 1)将二元锑化合物中两种元素按照2:3的摩尔比混合于第二真空设备中，第二真空设备内的真空度为1×10-2～1×10-3Pa；

[0021] 2)以80℃～100℃/小时的升温速率加热第二真空设备，使第二真空设备内的温度达到360℃～550℃，然后保温3小时并同时以0.5Htz的频率晃动第二真空设备；

[0022] 3)保温结束后，将第二真空设备自然冷却至50℃以下。

[0023] 优选地，步骤(C)中的热压烧结包括以下步骤：

[0024] C1)将粉料放进行干燥处理，去除粉料的水分，获得干粉料；

[0025] C2)将干粉料置入热压机内，热压机内的真空度为5.0×10-3～1.0×10-3Pa；

[0026] C3)加热热压机使干粉料的温度达到600℃～700℃，热压机的工作压力为500吨，保温2～4小时；

[0027] C4)保温结束后，将热压机自然冷却，使干粉料的温度降温至室温。

[0028] 优选地，所述粉料的过筛处理，所述粉料的粒径为75μm～150μm。

[0029] 本发明的有益效果：

[0030] 本发明提供了一种CIGS的锑化合物掺杂方法，将CIGS材料与锑化合物混合，然后进行粉碎处理，最后通过热压烧结的方式制备掺杂锑化合物的CIGS化合物。本发明提供的方法具有以下优点：

[0031] 1、通过将锑化合物掺杂入CIGS中，利用该掺杂锑化合物的CIGS薄膜可以显著提高CIGS薄膜太阳能电池的光-电转换效率，与单纯的CIGS薄膜电池的光-电转换效率相比较，转换效率能够提高最高比例达到19.2％；

[0032] 2、本发明提供的工艺能够使得锑原子均匀地掺杂到CIGS的薄膜当中，而且掺杂量便于控制，同时制作工艺过程中的硫族元素挥发也大大降低。

[0033] 3、在掺杂的锑化合物中，含有硫族元素碲(Te)或者硒(Se)。碲和硒在元素周期表内属于同族元素，具有相类似的价电子结构。硒是属黄铜矿结构的CIGS晶体中的重要原子，占有的原子比例高达50％。因此，在掺杂锑的硫族元素化合物过程中，也相应地将硒或者碲原子带进CIGS的晶格内，这就减少CIGS晶体内的空穴、位错，甚至晶界的缺陷数量，从而消除了由上述缺陷导致CIGS光-电转换过程中载流子流失的源头。

附图说明

[0034] 为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被视为是对本发明包含范围的限制。

[0035] 图1为本发明实施例1提供的CIGS的锑化合物掺杂方法的流程图；

[0036] 图2为本发明实施例1提供的另一种CIGS的锑化合物掺杂方法的流程图；

[0037] 图3为图2中真空熔炼制备CuIn0.7Ga0.3Se2的流程图；

[0038] 图4为图2中真空熔炼制备Sb2Te3的流程图。

具体实施方式

[0039] 实施例1

[0040] 本实施例提供了一种在CuIn0.7Ga0.3Se2中掺杂1at％Sb2Te3的方法，其包括以下步骤：

[0041] 步骤一、制备CIGS化合物。

[0042] 首先，Cu、In、Ga、Se按照重量比19.7％：24.9％：6.5％：48.9％的比例称取各组分，为了提高CIGS产品的质量，Cu、In、Ga、Se均采用≥99.99％的纯度。优选地，Cu、In、Ga、Se均通过粉碎处理，以便其能充分混合。

[0043] 其次，将上述四种组分放置于容器中，使容器内的真空度达到1.8×10-3Pa，然后使容器处于密闭状态。容器优选采用高纯度的石英管。

[0044] 再次，将容器放入加热装置内进行加热，本实施例中加热装置采用电阻加热炉。以升温速率80℃/小时加热容器，使容器内的温度达到1158℃。当容器达到1158℃时，在该温度保温3小时，以便各组分进行反应。在保持1158℃高温同时，容器不断地以0.5Htz的频率振动，使各组分混合均匀、充分接触，以便反应更加的充分地进行。

[0045] 最后，使容器自然降温至50℃以下。降温过程中，各组分逐渐形成多晶的﹑按照化合物的化学当量比的CuIn0.7Ga0.3Se2四元化合物，从而获得单一的﹑全硒化的CuIn0.7Ga0.3Se2化合物。

[0046] 步骤二、制备Sb2Te3化合物

[0047] 首先，将纯度高于4N的Sb和Te按照重量比例：Sb 39％、Te 61％，放入容器内，之后对容器进行抽气处理，使得容器内的真空度达到3.0×10-3Pa，之后封闭抽气管，使其容器处于密闭状态。

[0048] 其次，将容器放入电阻加热炉中进行加热，从室温加热到540℃，加热速度控制在80℃/小时。容器加热至540℃后，保温3小时，同时以0.5Htz的频率振动容器，以使Sb与Te充分地反应。

[0049] 再次，通过上述在540℃的温度条件下，充分反应3小时之后，保持容器的在3.0×10-3Pa的真空度条件下自然降温至50℃以下，即获得硫族元素化合物Sb2Te3。

[0050] 步骤三、通过热压烧结制备掺杂了1at％的Sb2Te3的CIGS化合物

[0051] 首先，将Sb2Te3化合物和CIGS化合物按照重量比例为2:98的比例放置于充氩气的密闭罐内；

[0052] 其次，将封闭罐放置于行星球磨机上进行球磨处理，制备粉料，粉料的平均尺寸为75μm。为了确保粉料粒径的均匀性，粉料还可以过筛处理。制备粉料后，可以对其进行干燥处理，具体地，可以将粉料放置于100℃的烤箱内，烘烤2小时，以去除粉料表面吸附的水分。
粉料干燥后，将其储存于带有控制湿度的箱体内，箱体内的温度控制在80℃。

[0053] 再次，进行热压烧结制备掺杂Sb2Te3的CIGS化合物，具体过程如下：

[0054] 第一、将制备的粉料放置于高纯度的石墨模具中，然后将石墨模具放入热压机的-3腔体内，使腔体内的真空度为3×10 Pa。

[0055] 第二、将热压机升温至690℃、压力升至500吨，让石墨模具在该热压机腔体内的高温、高压的状况下维持3.1个小时。

[0056] 第三、热压3.1小时后，以50℃/每小时的降温速度降温，直至将腔体内温度降至室温。本实施例的整个热压周期为16个小时左右。热压机腔体降低至室温后，将石墨模具从腔体内取出，将制备的模呸脱离石墨模具，即可得到按照所需要原子比例掺杂了1at％Sb2Te3的CIGS材料。

[0057] 通过以上步骤，制备了掺杂了1at％Sb2Te3的CIGS材料。该材料为高密度的块材，通过磨床将块材加工成太阳能电池薄膜制备过程中使用的溅射背板所需的几何形状，从而获得所需的溅射靶材。该靶材在等离子腔体内溅射所得的薄膜，就是严格按照所需原子比例掺杂了1at％Sb2Te3的CIGS太阳能电池吸收层薄膜。

[0058] 本实施中将Sb2Te3掺杂入单一的CuIn0.7Ga0.3Se2化合物中，除了掺杂了Sb元素外，还同时引入了Te元素。Te元素的引入可以填补CIGS晶体内Se原子晶格的空穴，从而减少了CIGS晶体内部的空穴密度。同时，过剩的Te原子还可以相应地减少晶体内的其它缺陷，诸如位错(Dislocations)或者偏析到CIGS的晶界面上。因为CIGS晶体内部的缺陷诸如晶格空穴，位错，或者晶界等是光-电转换中载流子的流失源，因此本方法通过掺杂Sb和Te元素，也就相应地减少了CIGS薄膜发电时的载流子流失。此外，本方法能够避免高挥发性元素诸如Te在制备工艺过程中的流失。通过粉末冶金混粉工艺的掺杂方法，Sb原子和Te原子均匀分布于CIGS材料中，通过等离子体溅射工艺制备CIGS太阳能电池薄膜时，可使掺杂原子均匀地分布在CIGS薄膜里面，相比于现有的通过退火扩散来完成Sb元素在CIGS材料中的分布具有显著的进步和优势。

[0059] 利用上述获得的CuIn0.7Ga0.3Se2制备的薄膜太阳能电池，其转换效率为15.60％；利用掺杂了1at％Sb2Te3的CuIn0.7Ga0.3Se2材料生产的薄膜太阳能电池，其转换效率为
18.20％，可以得出太阳能电池的转换效率提高了2.6％，具体的参数见表1。其中Voc是太阳能电池的开路电压，Jsc是太阳能电池的短路电流密度，Fill Factor系太阳能电池的填充因子。

[0060] 表1

[0061]

[0062] 实施例2

[0063] 本实施例提供了一种在CuIn0.6Ga0.4Se2中掺杂4at％Sb2Te3的方法，其包括以下步骤：

[0064] 步骤一、制备CIGS化合物。

[0065] 首先，Cu、In、Ga、Se按照重量比20％：21.6％：8.8％：49.6％的比例称取各组分，为了提高CIGS产品的质量，Cu、In、Ga、Se均采用≥99.99％的纯度。优选地，Cu、In、Ga、Se均通过粉碎处理，以便其能充分混合。

[0066] 其次，将上述四种组分放置于高纯度的石英管容器中，使容器内的真空度达到2.5×10-3Pa，然后使容器处于密闭状态。容器优选采用。

[0067] 再次，将容器放入加热装置内进行加热，本实施例中加热装置采用电阻加热炉。以升温速率80℃/小时加热容器，使容器内的温度达到1169℃。当容器达到1169℃时，在该温度保温3小时，以便各组分进行反应。在保持1169℃高温同时，容器不断地以0.5Htz的频率振动，使各组分混合均匀、充分接触，以便反应更加的充分地进行。

[0068] 最后，使容器自然降温至50℃以下。降温过程中，各组分逐渐形成多晶的﹑按照化合物的化学当量比的CuIn0.6Ga0.4Se2四元化合物，从而获得单一的﹑全硒化的CuIn0.6Ga0.4Se2化合物。

[0069] 步骤二、制备Sb2Te3化合物

[0070] 首先，将纯度高于4N的Sb和Te按照重量比例：Sb 39％、Te 61％，放入容器内，之后对容器进行抽气处理，使得容器内的真空度达到3.0×10-3Pa，之后封闭抽气管，使其容器处于密闭状态。

[0071] 其次，将容器放入电阻加热炉中进行加热，从室温加热到540℃，加热速度控制在80℃/小时。容器加热至540℃后，保温3小时，同时以0.5Htz的频率振动容器，以使Sb与Te充分地反应。

[0072] 再次，通过上述在540℃的温度条件下，充分反应3小时之后，保持容器的在3.0×10-3Pa的真空度条件下自然降温至50℃以下，即获得硫族元素化合物Sb2Te3。

[0073] 步骤三、通过热压烧结制备掺杂了4at％的Sb2Te3的CIGS化合物

[0074] 首先，将7.45％(重量)的Sb2Te3化合物和92.55％(重量)CIGS化合物放置于充氩气的密闭罐内。

[0075] 其次，将封闭罐放置于行星球磨机上进行球磨处理，制备粉料，粉料的平均尺寸为75μm。为了确保粉料粒径的均匀性，粉料还可以过筛处理。制备粉料后，可以对其进行干燥处理，具体地，可以将粉料放置于100℃的烤箱内，烘烤2小时，以去除粉料表面吸附的水分。
粉料干燥后，将其储存于带有控制湿度的箱体内，箱体内的温度控制在80℃。

[0076] 再次，进行热压烧结制备掺杂Sb2Te3的CIGS化合物，具体过程如下：

[0077] 第一、将制备的粉料放置于高纯度的石墨模具中，然后将石墨模具放入热压机的-3腔体内，使腔体内的真空度为5.0×10 Pa。

[0078] 第二、将热压机升温至660℃、压力升至500吨，让石墨模具在该热压机腔体内的高温、高压的状况下维持3.2个小时。

[0079] 第三、热压3.2小时后，以50℃/每小时的降温速度降温，直至将腔体内温度降至室温。本实施例的整个热压周期为16个小时左右。热压机腔体降低至室温后，将石墨模具从腔体内取出，将制备的模呸脱离石墨模具，即可得到按照所需要原子比例掺杂了4at％Sb2Te3的CIGS材料。

[0080] 通过以上步骤，制备了掺杂了4at％Sb2Te3的CIGS材料。该材料为高密度块材，通过磨床将块材加工成太阳能电池薄膜制备过程中使用的溅射背板所需的几何形状，从而获得所需的溅射靶材。该靶材在等离子腔体内溅射所得的薄膜，就是严格按照所需原子比例掺杂了4at％Sb2Te3的CIGS太阳能电池吸收层薄膜。

[0081] 利用单一的CuIn0.6Ga0.4Se2制备的薄膜太阳能电池，其转换效率为15.81％。利用该掺杂了4at％Sb2Te3的CuIn0.6Ga0.4Se2材料生产的薄膜太阳能电池，其转换效率为18.26％，太阳能电池的转换效率提高了2.45％，具体的参数见表2。

[0082] 表2

[0083]

[0084] 实施例3

[0085] 本实施例提供了一种在CuIn0.7Ga0.3Se2中掺杂2at％Sb2Se3的方法，其包括以下步骤：

[0086] 步骤一、制备CIGS化合物。

[0087] 首先，将纯度≥99.99％的Cu、In、Ga、Se按照重量比19.7％：24.9％：6.5％：48.9％的比例称取各组分。

[0088] 其次，将上述四种组分放置于容器中，使容器内的真空度达到1.8×10-3Pa，然后使容器处于密闭状态。

[0089] 再次，将容器放入加热装置内进行加热，本实施例中加热装置采用电阻加热炉。以升温速率80℃/小时加热容器，使容器内的温度达到1158℃。当容器达到1158℃时，在该温度保温3小时，以便各组分进行反应。在保持1158℃高温同时，容器不断地以0.5Htz的频率振动，使各组分混合均匀、充分接触，以便反应更加充分地进行。

[0090] 最后，使容器自然降温至50℃以下。降温过程中，各组分逐渐形成多晶的﹑按照化合物的化学当量比的CuIn0.7Ga0.3Se2四元化合物，从而获得单一的﹑全硒化的CuIn0.7Ga0.3Se2化合物。

[0091] 步骤二、制备Sb2Se3化合物

[0092] 首先，将纯度高于4N的Sb和Te按照重量比例：Sb 50.7％、Se 49.3％，放入容器内，之后对容器进行抽气处理，使得容器内的真空度达到2.0×10-3Pa，之后封闭抽气管，使其容器处于密闭状态。

[0093] 其次，将容器放入电阻加热炉中进行加热，从室温加热到390℃，加热速度控制在80℃/小时。容器加热至390℃后，保温3小时，同时以0.5Htz的频率振动容器，以使Sb与Se充分地反应。

[0094] 再次，通过上述在390℃的温度条件下，充分反应3小时之后，保持容器在2.0×10-3Pa的真空度条件下自然降温至50℃以下，即获得硫族元素化合物Sb2Se3。

[0095] 步骤三、通过热压烧结制备掺杂了2at％的Sb2Se3的CIGS化合物

[0096] 首先，将Sb2Se3化合物和CIGS化合物按照重量比例为2.9:97.1的比例放置于充氩气的密闭罐内；

[0097] 其次，将封闭罐放置于行星球磨机上进行球磨处理，制备粉料，粉料的平均尺寸为75μm。为了确保粉料粒径的均匀性，粉料还可以过筛处理。制备粉料后，可以对其进行干燥处理，具体地，可以将粉料放置于100℃的烤箱内，烘烤2小时，以去除粉料表面吸附的水分。
粉料干燥后，将其储存于带有控制湿度的箱体内，箱体内的温度控制在80℃。

[0098] 再次，进行热压烧结制备掺杂Sb2Se3的CIGS化合物，具体过程如下：

[0099] 第一、将制备的粉料放置于高纯度的石墨模具中，然后将石墨模具放入热压机的-3腔体内，使腔体内的真空度为2×10 Pa。

[0100] 第二、将热压机升温至642℃、压力升至500吨，让石墨模具在该热压机腔体内的高温、高压的状况下维持3.1个小时。

[0101] 第三、热压3.1小时后，以50℃/每小时的降温速度降温，直至将腔体内温度降至室温。本实施例的整个热压周期为16个小时左右。热压机腔体降低至室温后，将石墨模具从腔体内取出，将制备的模呸脱离石墨模具，即可得到按照所需要原子比例掺杂了2at％Sb2Se3的CIGS材料。

[0102] 通过以上步骤，制备了掺杂了2at％Sb2Se3的CIGS材料。该材料为高密度块材，通过磨床将块材加工成太阳能电池薄膜制备过程中使用的溅射背板所需的几何形状，从而获得所需的溅射靶材。该靶材在等离子腔体内溅射所得的薄膜，就是严格按照所需原子比例掺杂了2at％Sb2Se3的CIGS太阳能电池吸收层薄膜。

[0103] 本实施例中，利用单一的CuIn0.7Ga0.3Se2制备的薄膜太阳能电池，其转换效率为15.60％。利用该掺杂了2at％Sb2Se3的CuIn0.7Ga0.3Se2材料生产的薄膜太阳能电池，其转换效率为18.60％，太阳能电池的转换效率增加了3％，提高的比例为19.2％。具体的参数见表
3。其中Voc是太阳能电池的开路电压，Jsc是太阳能电池的短路电流密度，Fill Factor系太阳能电池的填充因子。

[0104] 表3

[0105]

[0106] 实施例4

[0107] 本实施例提供了一种在CuIn0.8Ga0.2Se2中掺杂5at％Sb2Se3的方法，其包括以下步骤：

[0108] 步骤一、制备CIGS化合物。

[0109] 首先，将纯度≥99.99％的Cu、In、Ga、Se按照重量比19.4％：28.1％：4.3％：48.2％的比例称取各组分。

[0110] 其次，将上述四种组分放置于容器中，使容器内的真空度达到3.8×10-3Pa，然后使容器处于密闭状态。容器优选采用高纯度的石英管。

[0111] 再次，将容器放入加热装置内进行加热，本实施例中加热装置采用电阻加热炉。以升温速率80℃/小时加热容器，使容器内的温度达到1138℃。当容器达到1138℃时，在该温度保温3小时，以便各组分进行反应。在保持1138℃高温同时，容器不断地以0.5Htz的频率振动，使各组分混合均匀、充分接触，以便反应更加充分地进行。

[0112] 最后，使容器自然降温至50℃以下。降温过程中，各组分逐渐形成多晶的﹑按照化合物的化学当量比的CuIn0.8Ga0.2Se2四元化合物，从而获得单一的﹑全硒化的CuIn0.8Ga0.2Se2化合物。

[0113] 步骤二、制备Sb2Se3化合物

[0114] 首先，将纯度高于4N的Sb和Se按照重量比例：Sb 50.7％、Se 49.3％，放入容器内，之后对容器进行抽气处理，使得容器内的真空度达到2.0×10-3Pa，之后封闭抽气管，使其容器处于密闭状态。

[0115] 其次，将容器放入电阻加热炉中进行加热，从室温加热到390℃，加热速度控制在80℃/小时。容器加热至390℃后，保温3小时，同时以0.5Htz的频率振动容器，以使Sb与Se充分地反应。

[0116] 再次，通过上述在390℃的温度条件下，充分反应3小时之后，保持容器的在2.0×10-3Pa的真空度条件下自然降温至50℃以下，即获得硫族元素化合物Sb2Se3。

[0117] 步骤三、通过热压烧结制备掺杂了5at％的Sb2Se3的CIGS化合物

[0118] 首先，将Sb2Se3化合物和CIGS化合物按照重量比例放置于充氩气的密闭罐内,Sb2Se37.13％、CIGS 92.87％；

[0119] 其次，将封闭罐放置于行星球磨机上进行球磨处理，制备粉料，粉料的平均尺寸为75μm。为了确保粉料粒径的均匀性，粉料还可以过筛处理。制备粉料后，可以对其进行干燥处理，具体地，可以将粉料放置于100℃的烤箱内，烘烤2小时，以去除粉料表面吸附的水分。
粉料干燥后，将其储存于带有控制湿度的箱体内，箱体内的温度控制在80℃。

[0120] 再次，进行热压烧结制备掺杂Sb2Se3的CIGS化合物，具体过程如下：

[0121] 第一、将制备的粉料放置于高纯度的石墨模具中，然后将石墨模具放入热压机的-3腔体内，使腔体内的真空度为1×10 Pa。

[0122] 第二、将热压机升温至618℃、压力升至500吨，让石墨模具在该热压机腔体内的高温、高压的状况下维持3个小时。

[0123] 第三、热压3小时后，以50℃/每小时的降温速度降温，直至将腔体内温度降至室温。本实施例的整个热压周期为16个小时左右。热压机腔体降低至室温后，将石墨模具从腔体内取出，将制备的模呸脱离石墨模具，即可得到按照所需要原子比例掺杂了5at％Sb2Se3的CIGS材料。

[0124] 通过以上步骤，制备了掺杂了5at％Sb2Se3的CIGS材料。该材料为高密度块材，通过磨床将块材加工成太阳能电池薄膜制备过程中使用的溅射背板所需的几何形状，从而获得所需的溅射靶材。该靶材在等离子腔体内溅射所得的薄膜，就是严格按照所需原子比例掺杂了5at％Sb2Se3的CIGS太阳能电池吸收层薄膜。

[0125] 基于CuIn0.8Ga0.2Se2制备的薄膜太阳能电池，其转换效率为15.29％；基于掺杂了5at％Sb2Se3的CIGS材料生产的CIGS薄膜太阳能电池，其转换效率为17.39％，太阳能电池的转换效率提高了2.1％，具体的参数见表4。其中Voc是太阳能电池的开路电压，Jsc是太阳能电池的短路电流密度，Fill Factor系太阳能电池的填充因子。

[0126] 表4

[0127]

[0128] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。