陶瓷靶溅射法制备铜铟镓硒薄膜太阳电池吸收层研究

• 作 者: 朱小龙
• 机 构: 中国科学院大学
• 出 处: 中国科学院研究生院 中国科学院大学
• 发表日期: 2012年期
• 关键词: 铜铟镓硒 薄膜太阳电池 陶瓷靶溅射 吸收层 制备工艺 形貌质量

铜铟镓硒薄膜太阳电池是最有前途的薄膜太阳电池之一。先低温制备预制膜再进行高温硒化硫化的两步法被认为是最适用于商业化生产大面积铜铟镓硒太阳电池吸收层的方法之一。最常用的溅射金属靶制备预制膜的方法因硒化过程中Se插入导致CIGS薄膜体积膨胀而易引起薄膜剥落和薄膜表面平整性差等因素的限制这种方法制备CIGS电池的重复性和稳定性。　　
本论文提供了一种采用磁控溅射陶瓷靶制备预制膜的替代方法以解决上述问题。在本论文中，通过对比工艺1和工艺2制备CIGS预制膜制备的吸收层质量确定最佳的预制膜结构。结果表明，相比于工艺1，工艺2制备的CIGS薄膜具有结晶性好，晶粒大，表面致密平整等优势。这种结构和形貌质量的提高源于工艺2预制膜的一维扩散生长模型和Cu-Se相的晶粒助生长作用。相比于工艺1 CIGS电池10.8%的转换效率，工艺2 CIGS电池转换效率达到了13.6%。为了揭示CIGS太阳电池中MoSe2形成的决定性因素，对MoSe2的厚度与Mo沉积气压之间的关系进行了研究。结果表明MoSe2的厚度随着Mo溅射气压的降低而增加。MoSe2厚度对Na阻挡层SiO2层的依赖关系以及X射线能谱和拉曼光谱的表征结果证实Na2Sex化合物的形成对MoSe2层的形成起着决定性作用。光照J-V表征表明，MoSe2太厚会增加CIGS电池的串联电阻。而MoSe2层太薄又会因吸收层从Mo层剥落而使效率大幅降低。以Se粒作为Se源对快速退火进行的初步研究表明，CIGS层分为薄的致密顶层和厚的小晶粒底层，且厚度不随保温时间，N2气压，Se粒量，Se粒位置的改变而明显改变。对N2气压的系统研究表明，4 Torr时，Se的供应量最大，CIGS薄膜的整体结晶性最好，效率也最高，达到了4.8%。