等離子體硒化分步電沉積CIG薄膜及太陽電池制備的研究.pdf

1、Cu(In，Ga)Se2(CIGS)薄膜作為一種直接帶隙半導(dǎo)體材料，具有吸收性好、轉(zhuǎn)換效率高、抗衰退性能穩(wěn)定等突出優(yōu)點(diǎn)。采用電沉積技術(shù)制備薄膜，生產(chǎn)成本低，原材料利用率高，更適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，擁有廣闊的發(fā)展前景。
　　 本論文首先研究了分步法電沉積CIGS預(yù)置層薄膜的等離子體硒化工藝，其目的是通過優(yōu)化等離子體硒化工藝，獲得結(jié)晶質(zhì)量好、成份合適的預(yù)置層，并制備出效率較高的CIGS薄膜電池。本論文通過改變硒化熱處理硒源蒸發(fā)溫度、

2、襯底溫度、等離子體功率、載氣成分、工作氣壓等條件研究等離子體硒化對(duì)分步法電沉積預(yù)置層薄膜晶體結(jié)構(gòu)和表面形貌的影響。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，提高等離子體硒化硒源溫度和襯底溫度，CIGS薄膜的衍射峰增強(qiáng)，晶粒尺寸與均勻性都有所改善。硒化過程中通入氫氣與硒蒸氣反應(yīng)生成H2Se，并還原薄膜中In、Ga的氧化物，促進(jìn)四元相的生成，以提高薄膜結(jié)晶質(zhì)量。提高輝光功率可以增加等離子體電子密度，促進(jìn)硒的裂解，晶粒尺寸增大，擇優(yōu)取向增強(qiáng)。過高的工作氣壓減小了到達(dá)薄膜表

3、面的活性硒濃度，并因?yàn)殡娮訙囟鹊南陆刀绊慡e蒸氣裂解，使得薄膜結(jié)晶質(zhì)量下降，兩相分離仍然存在。
　　 為進(jìn)一步降低CIGS薄膜電池的制備成本，并解決在蒸發(fā)制備鋁電極過程中造成電池表面缺陷導(dǎo)致電池效率下降的問題，本論文研究了絲網(wǎng)印刷銀膠電極制作工藝。在研究中發(fā)現(xiàn)，刮板與絲網(wǎng)的傾斜角度，按壓刮板的力度，刮板與絲網(wǎng)印刷的相對(duì)方向，絲網(wǎng)與電池表面之間的距離等因素對(duì)制得的銀膠電極形狀、質(zhì)量、性能等方面具有很大影響，為避免銀電極柵線出現(xiàn)模

4、糊、花紋、斷裂、厚薄不均等現(xiàn)象必須適當(dāng)調(diào)節(jié)以上工藝參數(shù)。實(shí)驗(yàn)中對(duì)各層材料進(jìn)行了透過率、XRD、霍爾等測試，發(fā)現(xiàn)加熱固化對(duì)各層的晶體結(jié)構(gòu)以及光電性能影響不大，各層材料沒有明顯的因相互擴(kuò)散而導(dǎo)致的電池效率下降，并在CIGS薄膜電池上絲網(wǎng)印刷了銀電極，其收集電流性能符合制備電池的要求。
　　 另外基于等離子體硒化各種工藝制備了分步電沉積CIGS電池器件，并對(duì)電池性能進(jìn)行了分析比較。研究發(fā)現(xiàn)，硒源溫度升高，電池短路電流密度增大，但是Ga

5、/(In+Ga)比率的減小，導(dǎo)致薄膜禁帶寬度減小，影響了電池開路電壓的提高；襯底溫度升高，促進(jìn)了Ga的擴(kuò)散，增加了薄膜的禁帶寬度，提高了電池開路電壓，同時(shí)薄膜結(jié)晶質(zhì)量的改善提高了增加短路電流密度；氫氣比例升高，氫氣促進(jìn)了硒的裂解，并還原了薄膜中In、Ga的氧化物，使薄膜結(jié)晶質(zhì)量得到改善，提高了電池短路電流密度；輝光功率增大，增加了Se蒸氣裂解，促進(jìn)預(yù)置層硒化反應(yīng)，但過高的輝光氣體能量使薄膜表面結(jié)晶狀況變差，產(chǎn)生孔洞并導(dǎo)致了吸收層厚度的增