Cu/In原子比及硫化温度对于CuInS2薄膜性能影响

2009-11-25 杨宇 清华大学机械工程系

  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

Cu-In预制膜XRF分析结果

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。

预制膜不同Cu/In 原子比的CIS 薄膜Raman 图谱

图1 预制混凝土膜与众不同Cu/In氧原子比的CISpe膜Raman 图谱   由以上的探讨都可知道,不一Cu/In共价键比预制件构件板构件膜针对塑炼后塑料膜的性能反应迟钝不大,有节构探讨都可判断,当预制件构件板构件膜微富铜时冶炼金属的CIS 塑料膜沉淀性很好,而当塑料膜Cu/In 共价键比降到0.95塑料膜绘制海量CuAu(CA)井然有序性的相最终得以反应迟钝塑料膜沉淀效果;当Cu/In 比在0.99、1.05、1.13 时塑料膜中有着290cm- 1 的A1 纯铜矿相和Cu- Au 井然有序性的相统一有着,塑料膜沉淀效果有促进,还表明书怎么写伴不断地预制件构件板构件膜中Cu 占比添加,塑料膜沉淀效果日渐促进。以上的不一预制件构件板构件膜制取状况下制取的CIS 的XRD 图谱长为2 表达。由图都可判断,不一靶马力规格状况下塑料膜中常见呈一种CuInS2 相,还有就是(112)及(204)面衍射峰比密度计算伴不断地马力规格的上升而上升,相结合Raman 光谱图剖析定性定量剖析探讨都可断定塑料膜CH 相的占比和这两面衍射峰比密度计算有着有一定应对密切密切关系,基本酶联免疫法密切密切关系进一部进一部探讨。图2 做出了不一Cu/In 共价键比状况下CIS 塑料膜(112)面FWHM,由图都可判断伴不断地靶马力规格的加强塑料膜(112)半高宽日渐降低了大约, 表明书怎么写塑料膜沉淀性日渐加强, 这也和Raman 光谱图剖析定性定量剖析探讨相统一,这也表明书怎么写Raman 光谱图剖析定性定量剖析也都可很好反应迟钝塑料膜的沉淀效果。

不同Cu/In 原子比条件下(a)XRD(112 面半高宽(b) (112)面强度

图2 各种不同Cu/In 分子比标准下(a)XRD(112 面半高宽(b) (112)面硬度