Cu/In原子比及硫化温度对于CuInS2薄膜性能影响
CuInS2(以下简称CIS)因为其禁带宽度为1.5eV,接近太阳能电池理想禁带宽度(1.45eV),并且薄膜具有较高吸收系数可通过自调节获得不同导电类型,因此被认为是一种理想的太阳能电池吸收层材料。
目前,制备CuInS2薄膜的方法主要是固态硫化法和真空多元蒸发法。目前快速硫化法制备出具有11.4%光电转换效率CIS电池。国内外关于固态硫化法制备CuInS2薄膜的文献相对较多,但是大部分主要集中于硫化温度以及预制膜成分对于薄膜性能影响,而对于硫化时间研究相对较少。B.Barcones等人认为降低硫化温度下由于Cu原子活性受到抑制导致CuInS2反应动力减弱,从而形成CuIn5S8的中间相,温度升高时转变为CuInS2相。Eveline Rudigier等人通过研究指出CuInS2薄膜Raman 光谱中A1模的半高宽可以表征薄膜结晶质量,并且进一步与电池性能存在一定关系,如开路电压和填充系数,半高宽越小,薄膜结晶质量越好。Eveline等人指出,预制膜中较低Cu/In比制备出的CuInS2薄膜晶粒细小,半高宽较大,结晶性能较差。Cu/In为1.8 时可制备性能良好薄膜。本文采用溅射加固态硫化的方法制备CuInS2薄膜,并通过结构以及光学性能考察预制膜Cu/In原子比及硫化温度对于薄膜性能影响。
1、实验方法
第一用中频学习交流磁控溅射技巧在的玻璃上确认CuIn及Cu靶间歇性溅射技巧提纯Cu-ln预设膜,确认操控Cu靶工作效率比热容懂得调整预设膜中Cu占比借以超过操控预设膜中Cu与In氧原子比(Cu/In)意图。采用蒸发硫化法对Cu-In预制膜进行硫化硫蒸汽硫化方法工艺过程为:当真空腔内达到一定真空度后,开始加热基片,使基片达到预定温度,通过基片加热器产生的辐射热加热硫源使硫源蒸发,使真空腔内保持一定的硫气氛。在此硫化温度下保温一段时间,待硫化完全后关闭加热器,设备降温冷却。将硫化炉腔体抽至一定的真空度, 然后加热位于硫源上方的基片架上的Cu- In 预制薄膜,并使其在一定的温度下进行硫化,此温度为硫化温度。整个硫化过程中为了保证充足的硫气氛,避免硫的冷凝,通过加热硫化炉外壁使得腔壁保持一定的温度,以避免硫凝结在炉壁上。
2、结果与讨论
2.1、Cu-In预制膜的成分
表1 给出了Cu-In预制膜的XRF分析结果,可以看出,随着Cu靶功率密度增加,预制膜中Cu含量逐渐增加In 含量逐渐降低,而Cu/In基本呈线性增长。当Cu 靶功率密度为80 mW/cm2时薄膜Cu/In超过1,说明预制膜由贫Cu变为富Cu。
表1 Cu-In混凝土预制膜XRF剖析导致
2.2、CuInS2薄膜的结构分析
2.2.1、Cu/In氧原子校验于pet薄膜结构类型会影响图1为400℃下不同预制膜Cu/In原子比制备的CIS薄膜Raman图谱。可以看出,当预制膜中Cu/In原子比为0.92时,薄膜中在302 cm-1附近出现较强峰,而此峰对应CuInS2 的A1* 模,而表征CuInS2 黄铜矿相的A1 模并没有明显峰出现,而A1* 模对于薄膜结晶性有很大不利影响,随着Cu/In 原子比不断升高, 薄膜中逐渐出现290 cm-1峰,而此峰正对应与黄铜矿相CuInS2 相,并且薄膜的半高宽逐渐减小,但是此时薄膜中仍存在较强A1* 峰,这说明薄膜结晶性虽然有所提高,但薄膜结晶质量仍然不是很理想。而当预制膜中Cu/In 比升至1.13 后,薄膜中290 cm- 1 峰强度进一步升高,说明薄膜结晶性进一步提高,但与此同时薄膜在260cm- 1及140 cm- 1附近出现较强峰,这可能对应于CuS,说明Cu 含量提高薄膜中可能出现CuS 相。当薄膜贫铜时,图中的A1*峰向低频移动,说明薄膜结晶质量降低,存在Cu缺位。











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