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当今社会,“能源危机”和“环境污染”是困扰人类的两大难题。太阳能电池是有效利用太阳能的重要手段,为解决能源危机和环境污染提供了可能。Cu In1-xGax Se2(简称CIGS)薄膜太阳能电池具有转换效率高、廉价、稳定等特点。在众多制备CIGS薄膜的方法中,电沉积方法具有成本低、操作简单、设备要求不高等优点。离子液体作为一种新型的绿色溶剂,具有电化学窗口宽、稳定无毒的优良特性。为此,提出了离子液体电沉积CIGS薄膜的设想。采用“两步法”制备CIGS太阳能电池吸收层,即先用电沉积方法制备CuIn/Ga金属预制层,然后通过硒化处理得到CIGS薄膜。首先研究了铜铟在[BMIM][Tf O]离子液体中电化学动力学(放电步骤、可逆性)性质,然后,着重探究溶液浓度、沉积电位和温度对合金沉积层元素比例、元素分布、形貌和晶体结构的影响,摸索出了铜铟合金共沉积的基本规律。在此基础上,通过循环伏安曲线分析了镓在[BMIM][Tf O]离子液体中的循环伏安行为,探讨了镓在铜铟薄膜上的沉积规律,最终筛选出了Cu Cl2(25mmol/L)In Cl3(38mmol/L)、共沉积电位-1.8V、沉积时间30min、沉积温度60℃的Cu-In层制备工艺条件,GaCl3(200mmol/L)、沉积电势-1.6V、沉积时间20min、沉积温度50℃的Ga层沉积工艺参数。制备的Cu-In/Ga金属预制层表面平整均匀,沉积层组成为Cu1In0.796Ga0.439。本论文对Cu-In/Ga金属预制层的成膜工艺进行了系统的工艺研究。探索出“封闭式石墨盒”的硒化方式,同时研究了退火温度和退火时间对成膜过程的影响。通过XRD、拉曼光谱、TEM等测试手段对CIGS薄膜的物相、织构及残余应力进行分析,通过SEM、EDS等分析测试手段对CIGS薄膜的表面形貌和成分进行表征,通过紫外可见分光光度计等分析测试手段对CIGS薄膜的光学特性进行表征。结果表明,退火温度温度低于450℃时不能发生理想的结晶化,而当硒化温度超过500℃后除了黄铜矿的CIGS之外还容易形成其他相;当退火时间过短,不能使薄膜中的金属元素发生充分的重结晶;而当退火时间太长会使薄膜中铟和镓发生较大损失而生成富铜的CIGS而偏离预期的元素比例。研究发现,450~500℃的退火温度、15min的退火时间是较为合适的退火条件,在退火过程中的360℃的合金化处理对于减小CIGS薄膜材料的层间应力、促进晶相形成、增强薄膜结构的完整性具有重要作用。最终制备的CIGS薄膜元素组成为Cu In0.59Ga0.46Se2.63,呈现良好的黄铜矿结晶模式且具有延(112)晶面生长的择优取向,其晶格间距为0.331nm。