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近年来,由于CuInSe2薄膜太阳电池转换效率比较高、成本较低以及较稳定的性能备受人们关注。制备电池的材料带隙越接近吸收太阳能光谱的最佳带隙1.45eV,其转换效率越高,而CuInSe2常温(300K)下是直接带隙材料,Eg约为1.04eV,通常在CIS材料中掺入镓来代替部分铟增大带隙以提高材料的转换效率,然而稀有金属镓价格昂贵,这使得制造的成本增加。我们拟使用价格低廉的Al代替In,通过不同工艺条件比较,探索其最佳制备工艺。
论文中CIAS薄膜制备采用阴、阳离子前驱体溶液分离的SILAR法,通过改变工艺条件,主要研究了不同循环次数、前驱体溶液离子浓度变化和不同退火的温度和时间等工艺条件对薄膜性能的影响,采用XRD、SEM、分光光度计等测试方法分析薄膜的结晶学性能,形貌和元素组分,光学性能。同时采用CBD法制备了CdS缓冲层,并对其性能进行了表征。
CIAS样品的测试结果表明,SILAR薄膜的生长速率约为20nm/cycle,这说明离子在衬底表面的吸附是多层离子同时进行吸附的,不是单层吸附;当溶液中的Cu/In+Al比率为1时,与CIAS薄膜各化学组分更接近,薄膜比较平整致密,随着Al含量的增加,铟的含量略有减少,说明部分铝取代了铟;高温长时间退火会使铟和硒挥发,导致产生对电池性能有害的CuSe杂质,适当升高温度和延长退火时间有助于改善薄膜的结晶学性能,提高薄膜的成膜质量。在400℃下热处理30min后,制备的薄膜质量较好,具有较单一的黄铜矿结构。控制铝含量可以调节薄膜的禁带宽度,可以得到适合的CIAS薄膜电池吸收层,通过计算两样品相应的禁带宽度分别为1.38eV,1.41eV。对CdS的研究表明,水浴温度80℃为宜,随着水浴时间的延长和退火温度的升高,CdS薄膜由立方相逐渐变为六方和立方的混合结构,退火促进了重结晶,使薄膜表面更平整致密。