基底温度对四元叠层硒化法制备铜铟镓硒(CIGS)薄膜的影响

2009-09-07 谢华木 北京大学重离子物理研究所

  通过四元叠层硒化法治备了铜铟镓硒(缩写字母为CIGS)贴膜,着重具体分析了在叠层法治备CIGS贴膜流程中,基低环境摄氏度对CIGS贴膜的单硫化锌结构类型,外表明形貌或各样设计要素沿的深度匀称的印象。测试报告表述,在叠层法治备CIGS贴膜时,发掘在550℃的基低环境摄氏度时,不历经降温便会制成CIGS单硫化锌,外表明Ga的份量地处对比靠谱的比率。而基低环境摄氏度为500℃,450℃时,就只能制成铜铟硒(CIS)单硫化锌,Ga设计要素外表明的份量较少,一般匀称在贴膜下面。

  正文:铜铟镓硒(CuIn1-xGaxSe2,缩写为CIGS)薄膜太阳能电池具有高效率,低成本,抗辐射,不易衰减等特性,因此成为薄膜太阳能电池中最有希望实现大规模产业化的一种太阳能电池。铜铟镓硒(CIGS) 薄膜太阳能电池其主要制备方法有“三步共蒸法”和“预制层硒化法”两种方法。美国可再生能源国家实验室(NREL)利用“三步共蒸法”在小面积的基底上做出了CIGS太阳能电池的最高效率—19.9%。但是利用“三步共蒸法”在大面积的基底做CIGS电池时,成分分布与效率都存在不均匀的问题,并且过程繁琐,不利于产业化流水线生产。为了在大面积上获得比较均匀的CIGS薄膜,目前已经实现大规模生产的方法中以“预制层硒化法”为主,主要的技术路线是溅射金属预制层后在硒环境下进行退火生成具有合适化学配比的CIGS晶体。这种方法较好地兼顾了大面积的均匀性与大规模工业化生产两个方面,因此成为产业化CIGS薄膜太阳能电池的主要方法。

  本文作者采取了了种碟照的的技术线路,根据不少的seo实验,也成功配制了包括适合的化学物质用量的CIGS硫化锌。

1、实验方法

  CIGS吸收层薄膜的制备是在北京大学新能源研究发展中心与沈阳超高真空技术研究所合作研究的多靶多室真空设备上进行的。靶材采用同轴型旋转柱靶结构,硒源采用粉末态硒的线蒸镀源, 硒源与金属靶材分置于两个相邻的中,中间由门隔离,从而防止金属靶材被含有硒成分的腐蚀性气体所污染。样片竖直放置于一样品车上,经由齿条传动在两个真空室中自由移动,从而溅射或者蒸镀上不同的元素。制备CIGS薄膜采用的基底是普通玻璃,尺寸为300mm×300mm×3mm。在制备CIGS薄膜之前,首先利用磁控溅射法在玻璃基底上制备一层低电阻率的Mo薄膜作为背电极,厚度大约为800~1000nm。

四元叠层硒化法制备CIGS薄膜流程示意图

图1 四元叠层硒化法治建设备CIGSpe膜标准流程构造图   四元叠层硒化法是上海一本大学新能量学习进展方向中心站在几十年学习CIGS太阳穴能电池组的根本上进展方向了的的新的提纯CIGSpetpe膜的的方式。本的方式主耍工作步骤是在提高硒源与基低占据一款 固定位置的湿度时,将Cu,In,Ga,Se4种成分的氧分子建立沉积到基低上,并多方面混合着,使之有效相处。最后在基低湿度的意义下,使之做好逐项的体现建立中转换成物。最后做好硒化固溶处理,转换成终究的CIGS晶状体。在这种的方式其具体步骤例解图示图长为1已知。本的方式的主耍的优点关键在于中转换成物的建立具体步骤是由納米阶段的一些成分科粒互不体现而建立的,体现具体步骤相可能,條件耍求相很简单。其余,对Ga成分的生长能否达成精确度高管控,而就是提纯CIGSpetpe膜的一款 思路。   本论文实验了有所不同的肌底摄氏度550℃, 500℃,440℃对所提纯CIGS结晶的直接影响,并得到了了产品系列急于义的成绩。

2、实验结果与讨论

  图2是差别在450℃,500℃,550℃底材气温时准备CIGS透气膜单结晶的XRD衍射图谱。从图2中需要查出来,衬底气温为550 度时,添加物(112)走向的XRD衍射峰为26.84度, 衬底气温为500℃和450℃,其添加物(112)走向的峰的选址在26.74度。因而推测,当底材气温为550℃时,添加了CIGS的单结晶,而当气温为500℃与450℃时,仅添加了CIS的单结晶。   从图3的SEM是可能看得出来,550℃的底材环境温暖时分离纯化的贴膜以经生养成了顺畅的单氯化钠结尖晶石,其晶界更很深,绝对误差更竖直。能谱分享(EDX)的结论也体现了在表层以经有更多的Ga分布不均,甚至Cu/(In+Ga)也趋于稳定一位为宜的区间,这对养成为宜的带隙,并收起去来与CdS养成顺畅的各一 直的的关系。从SEM中是可能看得出来,550℃底材环境温暖下养成的CIGS贴膜表层单氯化钠结尖晶石始终的留存一 些相关毛病,如单氯化钠结尖晶石不高低密度,单氯化钠结尖晶石彼此的留存有空闲隙,甚至单氯化钠结尖晶石绝对误差偏小等相关毛病,以上必须要在收起去来再展开低温的热处理回火就可以克服。

CIGS薄膜XRD衍射图谱

图2 CIGS透气膜XRD衍射图谱   图3 是对配制而来的保护膜供试品展开的SEM侧量的后果:

CIGS薄膜表面形貌

图3 CIGS塑料薄膜表层形貌(由上升下逐一550℃,500℃,450℃)