磁控濺射制備CIGS薄膜及其微觀結(jié)構(gòu)和光電性能研究.pdf

1、薄膜太陽能電池從上世紀(jì)末至今發(fā)展十分迅速。銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽能電池以其以其高的轉(zhuǎn)換效率、低成本和穩(wěn)定的性能等優(yōu)勢有望成為薄膜太陽能電池的主流產(chǎn)品之一。其中CIGS作為吸收層，CIGS薄膜太陽能電池的核心部分，具有十分重要的地位。
　　 本文采用銅鋼鎵硒(Cu(In0.7Ga0.3)Se2)四元化合物靶材，利用磁控濺射的方法在載玻片和鍍有金屬鉬背電極的載玻片上沉積CIGS薄膜。采用X射線衍射儀(XRD)、掃描電鏡(SEM

2、)、紫外-可見(UV-VIS)分光光度計(jì)、四點(diǎn)探針測試儀和霍爾效應(yīng)測試儀等測試手段分析薄膜的微觀結(jié)構(gòu)和光電性能。研究了改變?yōu)R射功率、基片偏壓、氬氣流量和電源模式等磁控濺射參數(shù)對CIGS薄膜的微觀結(jié)構(gòu)和光電性能的影響，以及退火溫度對薄膜的微觀結(jié)構(gòu)和電阻率的影響。
　　 研究結(jié)果表明：沉積態(tài)CIGS薄膜XRD譜中分別位于26.9°、44.6°和52.9°附近出現(xiàn)了附近出現(xiàn)了屬于(112)、(220)/(204)和(312)/(116

3、)晶面衍射峰，且沿(112)晶面擇優(yōu)生長，呈黃銅礦結(jié)構(gòu)。隨著濺射靶功率的增加，薄膜晶粒尺寸先增加后減小，功率為300W時結(jié)晶性能最好；基片偏壓顯著的影響薄膜的結(jié)晶性能和微觀形貌，由于偏壓升高提高了沉積離子的表而擴(kuò)散動能，故CIGS薄膜結(jié)晶程度變好，致密度增加，與襯底結(jié)合好，偏壓為90V時CIGS薄膜成分與靶材最為接近，其比例為Cu：In：Ga：Se=1:0.67:0.27:1.97；薄膜的微觀結(jié)構(gòu)顯著影響其光電性能，結(jié)晶性好的薄膜具有優(yōu)

4、異的光電性能。本實(shí)驗(yàn)制得的CIGS薄膜透過率低至0.10％，載流子濃度達(dá)到1019數(shù)量級。
　　 退火溫度對CIGS薄膜的微觀結(jié)構(gòu)和電阻率影響較大，XRD結(jié)果表明，隨著退火溫度的升高，CIGS薄膜的衍射峰強(qiáng)度增加，晶粒尺寸增加，在最高溫度點(diǎn)(600℃)退火之后，除了三強(qiáng)峰外，還出現(xiàn)了(101)、(103)、(211)、(301)等晶面的衍射峰，其結(jié)晶質(zhì)量最好，晶粒尺寸增大至19nm。電阻率測試結(jié)果顯示：隨著退火溫度的增加，電阻率