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CIGS（铜铟镓硒）薄膜由于带隙可调(1.02eV-1.67eV)，吸收系数高(α＞105cm-1)，抗辐射能力强，已经成为多晶薄膜太阳电池吸收层的重要材料并受到了广泛的研究。CIGS电池吸收层的制备工艺通常包括三步共蒸发方法和预制层后硒化方法，“溅射金属预制层后硒化”是最早实现工业化的生产技术。实践表明，后硒化热处理中Se对CIGS薄膜结构和性能具有至关重要的作用。因此普遍采用高活性H2Se气体作为硒源，可有效地抑制In和Ga以二元气态In2Se和Ga2Se流失，更容易与预制层的金属原子反应生成稳定的固态硒化物，由此合成的CIGS薄膜晶相结构好，工艺重复性高，均匀性好，表面粗糙度低。由于H2Se气体价格昂贵，剧毒易爆，使用中要求条件十分苛刻，无论是安全性还是低成本均不是最佳选择。固态硒经过热蒸发为硒蒸汽无毒、成本低廉，作为硒化热处理的硒源很有前景。本论文自主设计并实现了“固态硒高温裂解辅助硒化系统”，通过高温将固态硒蒸汽的分子链状结构裂解，并得到较高浓度的活性硒Se2，围绕着固态硒溅射后硒化制备CIGS薄膜中存在两个主要问题而开展的一系列工作。一是In或Ga流失问题;二是CIGS薄膜分层，即CIS/CGS两相分离问题，实现Ga掺入到CIS晶格内替代部分In，成为单一的CIGS固溶体。 论文切入点是提高固态硒的活性，在In2Se和Ga2Se及大量产生CIS之前，将Se注入到预制层中预埋Se，而且将预制层结构疏松，为硒化热处理中高活性硒提供扩散通道，目的是给予预制层内部硒化反应提供充足的活化硒Se2，使Ga与In几乎同时与Cu的硒化物反应生成单一的CIGS。 首先对预制层结构进行研究，研究溅射气压对预制层结构的影响，通过调整溅射气压制备出合适疏松结构的预制层，便于Se在低温预处理中向薄膜内部扩散;研究“一步硒化”和“两步硒化”对CIGS薄膜元素损失的影响，由此确定了“两步硒化”的技术路线。为了降低“两步硒化”对CIGS薄膜元素的损失。选择合适的低温条件由高浓度活性硒Se2对预制层进行前期处理，希望使硒元素尽可能多的进入到预制层薄膜，在高温硒化过程中，In和Ga元素可以与之更快地发生反应生成固态硒化物，从而抑制In和Ga元素流失。通过设计合理的低温预处理温度，可以有效抑制In与Ga元素的损失:In损失可以达到1.2％，Ga损失达到0.4％。 通过对Sen(n=2，3，…8)的热力学数据分析考察，设计出“固态硒高温裂解辅助硒化系统”，改变高温裂解系统的温度来实现硒活性的调节，研究活性Se不同浓度对预制层的前期低温预处理，考察预制层的结构变化，以及第二步高温硒化后获得的CIGS薄膜结构和电池器件特性的影响。研究表明，高温裂解温度对薄膜影响最剧烈的温度区间就是400℃至600℃，而这一温度区间所对应的Se2含量增加了5倍。随着硒活性低温处理预制层，并且提高其裂解温度，使薄膜内部In2Se3和Cu2-xSe生长得到了增加，然而CuInSe2的生长得到了抑制;同时发现薄膜表面“多边形”大颗粒随着低温预处理裂解温度的升高而升高;微区EDS分析表明“多边形”大颗粒主要以Cu2-xSe为主，包含其他元素的大颗粒聚集物。随着裂解温度的升高，“多边形”大颗粒有逐渐向“富铜贫硒”的趋势演变。经过相同条件的第二步高温Se化后获得的CIGS薄膜分析表明，高活性Se2气氛下处理的预制层制备的样品比低活性硒样品更难生成CIS(CuInSe2)，为Ga原子进入CIS晶格提供时间;另外，随着衬底温度持续升高，高活性Se2又降低了CGS(CuGaSe2)的反应阈值，Ga可以与In同时和Cu的硒化物反应生成CIGS薄膜，使Ga比较均匀地分布在薄膜内部，有效抑制了CIGS薄膜分层以及Mo附近堆积CGS碎小晶粒现象，降低了电池器件并联电导，增加开路电压及填充因子，最终提升了电池效率。 预制层在不同硒化气压下两步升温硒化制备CIGS薄膜过程中，In元素损失不尽相同。硒化气压为3×10-3Pa薄膜内In损失达到5％，而随着硒化气压持续升高直至1500Pa，薄膜中In元素损失最小，达到了0.1％。而随着硒化气压持续升高至3000Pa，In元素损失略有升高，这表明合适的硒化压强既可以抑制In和Ga的流失，又要与硒源蒸发裂解相匹配，以保证预制层处在有足够Se2浓度的环境中进行有效地硒化，否则不仅有In流失，而且会出现CIS/CGS两相分离。 在预制层优化的基础上，通过调整硒化过程中温度台阶、高浓度活性硒低温处理预制层、选择合适的硒化气压，由此制备产转换效率10.03％的CIGS薄膜太阳电池。GIXRD表明CIGS薄膜表面仍然有较高的Ga元素比例，导致薄膜表层的禁带宽度变大，提高了开路电压可达到514mV。短路电流仅为29.85mA/cm2还需要进一步研究。