聚酰亞胺(PI)襯底超薄CIGS薄膜材料及器件的研究.pdf

1、銅銦鎵硒(Cu(In，Ga) Se2，CIGS)薄膜電池是目前光伏界公認最有前景的太陽電池，具有如下優(yōu)勢:轉(zhuǎn)換效率高，昭和殼牌石油株式會所(Solar Frontier)制備的CIGS電池轉(zhuǎn)換效率已達20.9％，是目前CIGS轉(zhuǎn)換效率的最高紀錄;穩(wěn)定性好無衰退，抗輻射能力強。PI襯底CIGS電池更是具有多重優(yōu)點，襯底絕緣適合單片集成，具有高的質(zhì)量功率比，一直是光伏產(chǎn)業(yè)界的研究熱點，但生產(chǎn)CIGS的銦、鎵、硒都是稀有元素，為了減少大規(guī)模量

2、產(chǎn)的用量，降低生產(chǎn)成本，采用超薄CIGS吸收層更符合未來CIGS薄膜電池的發(fā)展需求。本文以此為契機，對PI襯底超薄CIGS電池吸收層厚度、銅蒸發(fā)速率及鎵背梯度、采用不同襯底溫度在新型背電極上制備超薄CIGS電池等問題進了研究。
　　CIGS超薄電池由于吸收層的減薄，超薄電池對光的吸收有所下降，引起CIGS器件電流密度降低;另外超薄電池對均勻性要求較高，銅含量較高或銅分布不均勻時容易造成薄膜短路情況的發(fā)生，并存在開路電壓較低的現(xiàn)象。

3、
　　本文針對超薄CIGS電池的以上問題進行了研究:主要研究了吸收層厚度對于CIGS薄膜性質(zhì)及器件的影響。研究結(jié)果表明:隨著CIGS薄膜電池中吸收層厚度不斷下降，CIGS吸收層的光學(xué)性質(zhì)、結(jié)構(gòu)特性、結(jié)晶狀態(tài)、電學(xué)性質(zhì)也相應(yīng)變化，通過分析厚度對吸收層性質(zhì)的影響規(guī)律，最終確定PI襯底上超薄CIGS吸收層的合適厚度為0.8μm-1.0μm，并在0.80μm及1.06μm厚的吸收層上分別制備出轉(zhuǎn)換效率為9.3％和11.2％的柔性PI襯底C

4、IGS超薄電池。
　　同時，在對超薄CIGS電池進行研究發(fā)現(xiàn)，銅含量及分布均勻性對超薄CIGS器件性能影響明顯，為了使薄膜中銅分布的更均勻，采取了低速蒸發(fā)銅的方法，發(fā)現(xiàn)隨著銅蒸發(fā)速率的下降，減少了大顆粒銅從蒸發(fā)源中的噴出，減少了漏電通道，提升了電流密度，使超薄器件的性能有了明顯改善，表現(xiàn)為超薄CIGS電池的電流密度和開路電壓的提升。
　　關(guān)于超薄CIGS鎵背梯度存在的兩種觀點進行了驗證:一種觀點認為在超薄CIGS電池中需要強

5、Ga背梯度來減少CIGS/Mo背表面的復(fù)合;另一種觀點認為在超薄CIGS電池中改變Ga背梯度并不影響超薄CIGS器件性能，針對超薄CIGS器件中是否需要強Ga背梯度之爭的論述，我們研究了強化型鎵背梯度、正常工藝鎵背梯度、弱化型鎵背梯度對超薄CIGS器件的影響。研究發(fā)現(xiàn)強鎵背梯度會帶來薄膜附著力變差、高鎵相向薄膜內(nèi)部延伸減少薄膜對長波光子的吸收、背部晶粒細碎等問題，并對實際器件性能沒有提升。而弱化型鎵背梯度使鎵從薄膜中間開始擴散，使低溫下

6、鎵梯度較為平滑，同時不會造成CIGS背部高鎵相的存在，對比三種背鎵梯度工藝，發(fā)現(xiàn)采用弱化型背鎵梯度的超薄CIGS電池器件效率最高，驗證了EMPA關(guān)于強鎵背梯度不能提升超薄CIGS電池性能的結(jié)論，而且弱化型鎵背梯度不僅對低溫超薄CIGS器件起作用，且對低溫常規(guī)厚度超薄CIGS器件性能起積極影響。通過優(yōu)化Cu蒸發(fā)速率并采用弱化型鎵背梯度制備的PI襯底超薄器件的效率提高到11.2％，常規(guī)厚度吸收層電池效率達12.1％。
　　此外，針對超