磁控濺射制備CIGS薄膜及其微觀結構和光電性能研究.pdf

1、薄膜太陽能電池從上世紀末至今發展十分迅速。銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽能電池以其以其高的轉換效率、低成本和穩定的性能等優勢有望成為薄膜太陽能電池的主流產品之一。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、四點探針測試儀和霍爾效應測試儀等測試手段分析薄膜的微觀結構和光電性能。研究了改變濺射功率、基片偏壓、氬氣流量和電源模式等磁控濺射參數對CIGS薄膜的微觀結構和光電性能的影響，以及退火溫度對薄膜的微觀結構和電阻率的影響。
　　 研究結果表明：沉積態CIGS薄膜XRD譜中分別位于26.9°、44.6°和52.9°附近出現了附近出現了屬于(112)、(220)/(204)和(312)/(116

3、)晶面衍射峰，且沿(112)晶面擇優生長，呈黃銅礦結構。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時結晶性能最好；基片偏壓顯著的影響薄膜的結晶性能和微觀形貌，由于偏壓升高提高了沉積離子的表而擴散動能，故CIGS薄膜結晶程度變好，致密度增加，與襯底結合好，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；薄膜的微觀結構顯著影響其光電性能，結晶性好的薄膜具有優

4、異的光電性能。本實驗制得的CIGS薄膜透過率低至0.10％，載流子濃度達到1019數量級。
　　 退火溫度對CIGS薄膜的微觀結構和電阻率影響較大，XRD結果表明，隨著退火溫度的升高，CIGS薄膜的衍射峰強度增加，晶粒尺寸增加，在最高溫度點(600℃)退火之后，除了三強峰外，還出現了(101)、(103)、(211)、(301)等晶面的衍射峰，其結晶質量最好，晶粒尺寸增大至19nm。電阻率測試結果顯示：隨著退火溫度的增加，電阻率