【摘 要】
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铜铟镓硒（CIGS）是一种稳定、环境友好、制备成本低廉的多晶光伏材料,且目前光电转换效率已达到23.35%。溅射四元陶瓷靶材对于提高重复性具有重要效果,但晶粒尺寸较小一直是此方法的弊端,小尺寸的晶粒造成更多的晶粒边界,对载流子的散射作用增强,且晶界处易形成多种形式缺陷。本文利用低熔点液相去促进晶粒生长,增大晶粒尺寸,从而提高器件的光电转换效率。利用掺杂Ag的方式提高CIGS晶粒尺寸。研究发现Ag掺
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铜铟镓硒（CIGS）是一种稳定、环境友好、制备成本低廉的多晶光伏材料,且目前光电转换效率已达到23.35%。溅射四元陶瓷靶材对于提高重复性具有重要效果,但晶粒尺寸较小一直是此方法的弊端,小尺寸的晶粒造成更多的晶粒边界,对载流子的散射作用增强,且晶界处易形成多种形式缺陷。本文利用低熔点液相去促进晶粒生长,增大晶粒尺寸,从而提高器件的光电转换效率。利用掺杂Ag的方式提高CIGS晶粒尺寸。研究发现Ag掺杂后对薄膜物相结构无影响,明显增大晶粒尺寸,提高了载流子迁移率,提升了器件的开路电压与填充因子。其作用机理为Ag掺杂进入CIGS后会占据格点位置,从而降低材料熔点,减少结构紊乱。晶粒尺寸的增大是由于掺杂Ag后薄膜成分会趋于富Ⅰ族,更有利于低熔点化合物的形成。光电转换效率从9.25%提高到12.64%,开路电压提升100 mV。退火温度升高对开路电压的影响较大,温度升高薄膜晶粒尺寸进一步增大,575℃退火下,开路电压提高100 mV,器件效率达到14.33%。利用Bi添加的方式提高CIGS晶粒尺寸。研究发现,Bi确实能使CIGS晶粒尺寸增大并且提高薄膜致密度,同时Bi对于载流子浓度与迁移率的提升具有效果。由于Bi不会改变材料晶粒结构,故薄膜晶粒尺寸的增大得益于低熔点化合物的形成。开路电压与填充因子明显得到提升,器件效率从9.52%提升到11.79%,开路电压提高100 mV。对比Na、Bi对CIGS的作用,对比发现,Bi确实对载流子迁移率与浓度具有提高效果,并且Na、Bi都对晶粒尺寸、开路电压与填充因子起到提升,Na与Bi共同添加进入CIGS中薄膜晶粒尺寸最大、器件开路电压与填充因子更高且分布更均匀。Ag掺杂与Bi添加都可以使CIGS晶粒尺寸增大。以Bi添加实验作为主要研究对象发现在实验过程中出现Cu1Bi3Se5低熔点化合物,伴随着此低熔点化合物的消失,晶粒尺寸发生剧烈增大,因此证明低熔点化合物分解时增加晶界的迁移,促进晶粒生长,增大晶粒尺寸。
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