電沉積大面積銅銦鎵硒薄膜的研究.pdf

1、銅銦鎵硒(Cuq(In,Ga)Se2,CIGS)半導(dǎo)體薄膜材料因其吸收性好、轉(zhuǎn)換效率高而成為光伏領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。采用電沉積的方法制備CIGS薄膜太陽電池設(shè)備投資少,成本低,原材料利用率高,可實(shí)現(xiàn)大面積制備,更適合工業(yè)化生產(chǎn),越來越受到光伏界的廣泛關(guān)注。
　　 本論文主要利用電沉積的方法來進(jìn)行大面積CIGS薄膜的制備,其目的是通過對大面積均勻性及其熱處理工藝的研究制備出成份合適、厚度均勻、表面質(zhì)量較好的大面積CIGS薄膜預(yù)置層,并

2、能夠應(yīng)用到光伏器件上。
　　 在電沉積大面積CIGS薄膜的均勻性方面,主要研究了一步電沉積和分步電沉積的均勻性。在進(jìn)行一步電沉積時發(fā)現(xiàn),CIGS薄膜成份的均勻性較好,而厚度的均勻性與電極的放置方式密切相關(guān)。當(dāng)電極垂直放置時,由于濃差極化,沉積所得的薄膜厚度的均勻性較差。電極水平放置且工作電極在下時,薄膜厚度的均勻性較好,且得到了厚度均勻性小于3％的CIGS薄膜。而工作電極在上時,由于析氣效應(yīng),所得的薄膜不但厚度較薄,而且分布不均

3、勻。而與一步電沉積相比,分步電沉積雖然沉積的速率較快,但成份的均勻性稍差。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),幾何因素和電化學(xué)因素是影響分步電沉積大面積CIGS薄膜均勻性的主要因素。利用所設(shè)計和加工的實(shí)驗(yàn)裝置,分步電沉積得到了厚度均勻性小于4％的CI和CIG金屬預(yù)置層薄膜。
　　 在電沉積CIGS薄膜的熱處理方面,主要研究了一步電沉積的PVD熱處理和分步電沉積的硒化熱處理。在PVD熱處理方面主要研究了Se源溫度和襯底溫度對CIGS薄膜的影響。研究發(fā)現(xiàn),P

4、VD熱處理的最佳的Se源溫度和襯底溫度分別在230℃和560℃左右；而不同的前硒化和后硒化工藝也會對薄膜的結(jié)晶狀況產(chǎn)生影響。經(jīng)過PVD熱處理后,大面積CIGS薄膜成份和厚度的均勻性良好,且結(jié)晶狀況有了很大的改善,在10×10cm2上所制備的小面積太陽電池的平均效率為4.76％；而對分步電沉積所得的CI和CIG薄膜進(jìn)行硒化熱處理后,提高了其結(jié)晶性能,但由于襯底受熱的不均勻,所得到CIS和CIGS薄膜成份的均勻性較差,在10×10cm2上所