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共蒸发三步法制备CIGS薄膜的性质

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共蒸发三步法制备CIGS薄膜的性质 第 27卷 第 8期 2006 年 8 月 半 导 体 学 报 CH INESE JOURNAL OF SEM ICONDUCTORS Vol. 27 No. 8 Aug. , 2006 * 国家高技术研究发展计划(批准号: 2004AA513021)和南开大学基金(批准号: P02011, P02010)资助项目 通信作者. Em ail: aojp@ nankai. edu. cn 2005-11- 12收到, 2006-03-29定稿 oc2006 中国电子学会 共蒸发三步法制备 CI...

共蒸发三步法制备CIGS薄膜的性质
第 27卷 第 8期 2006 年 8 月 半 导 体 学 报 CH INESE JOURNAL OF SEM ICONDUCTORS Vol. 27 No. 8 Aug. , 2006 * 国家高技术研究发展计划(批准号: 2004AA513021)和南开大学基金(批准号: P02011, P02010)资助项目 通信作者. Em ail: aojp@ nankai. edu. cn 2005-11- 12收到, 2006-03-29定稿 oc2006 中国电子学会 共蒸发三步法制备 CIGS薄膜的性质* 敖建平 孙 云 王晓玲 李凤岩 何 青 孙国忠 周志强 李长健 (南开大学光电子薄膜器件与技术天津市重点实验室, 光电信息技术重点实验室(南开大学, 天津大学) , 天津 300071) 摘要: 采用 PID 温度控制器控制共蒸发设备中蒸发源及衬底加热的温度, 以三步法工艺制备 CIGS( Cu( In, Ga) Se2 )薄膜,通过恒功率加热衬底测试温度的变化, 可实现在线组分监测, 得到 CIGS 薄膜的组成重现性很好. CIGS 薄膜的表面光洁,粗糙度多数小于 10nm. 但是组成相同的 CIGS 薄膜, 其结晶择优取向可能不同, 主要有( 112)和 ( 220) / ( 204)两种;其结晶形貌也有很大的不同, 晶粒粗大且成柱状的薄膜电池效率高, 虽然从 Cu/ ( In+ Ga) < 1 的 组成可以认为 CIGS 薄膜为贫 Cu 结构, 但 H all测试多数 CIGS 薄膜呈 p 型,少数呈 n型. 关键词: 共蒸发; Cu( In, Ga) Se2 ( CIGS) ; 三步法工艺; 薄膜太阳电池 PACC: 7340L ; 7360F ; 7360L 中图分类号: TM9141 4 文献标识码: A 文章编号: 0253-4177( 2006) 08-1406-06 1 前言 Cu( In, Ga) Se2 (简称 C IGS)化合物半导体材料 具有直接带隙结构,吸收系数高、稳定性好, 是制备 高效薄膜太阳电池最有前途的材料之一. 用真空蒸 发沉积( PVD)的 CIGS基薄膜太阳电池的光电转换 效率已达到了 191 5% [ 1] ,是所有薄膜太阳电池中最 高的.制备 C IGS薄膜的方法很多, 目前使用较多的 是共蒸发法和后硒化法. 共蒸发法是在真空室内用 四个以上的独立蒸发源同时向衬底蒸发 Cu, I n, Ga 和Se, 反应沉积 CIGS薄膜.蒸发过程的控制是制备 CIGS薄膜的关键,一般可通过控制蒸发源的温度 或蒸发速率来实现.蒸发速率的控制通常采用原子 吸收法或荧光光谱法, 这些方法精确可靠、重现性 好,但是设备造价高; 蒸发源温度的控制比较简单, 设备成本低,但是可靠性和重现性差. 1994年, 美国 Nrel发明了共蒸发三步法制备 CIG S薄膜工艺, 将 共蒸发过程的反应机制与工艺过程结合, 提高了过 程工艺的可控性, 有效地拓宽了太阳电池适用的 CIGS成分范围[ 2] . 1995 年, 日本松下公司研究发 现,在三步法共蒸发过程中,其中第二步和第三步采 用恒功率加热衬底的方法可实现 C IGS成分的实时 监控,大大提高了温度控制法制备 CIGS 薄膜的质 量和重现性[ 3] . 2001年, 南开大学采用共蒸发制备 CIGS 薄 膜, 蒸发法制备 CdS 薄膜, 电池效率最好达到 91 13% [ 4] . 2003年底,采用共蒸发三步法制备 C IGS 薄膜,化学水浴法制备 CdS薄膜, 电池效率最高达 到 121 10% [ 5, 6] .但是, 共蒸发制备 CIG S设备的可 控性和重现性差. 本文在前期研究的基础上, 进一步改进了蒸发 源及衬底加热装置的结构, 利用 PID 温度控制仪控 制各蒸发源和衬底加热器, 使 C IGS共蒸发过程的 温度可以精确控制. 以共蒸发三步法制备的 CIGS 薄膜,其中第二步和第三步采用恒功率加热衬底,使 设备的可控性及重现性大大提高.同时,研究了工艺 参数对 CIGS薄膜的性质和电池输出特性的影响. 2 实验 制备 CIG S薄膜的真空系统为 DM-450A型真 空镀膜机,本底极限真空度为 2 @ 10- 4Pa .在真空室 内部安装自行设计加工的 Cu, In, Ga 和 Se 独立蒸 发源、衬底支架和衬底加热器.蒸发源由陶瓷圆柱型 坩锅、缠绕在坩锅外的 Mo 丝加热器以及坩锅底部 的热电偶组成,采用 PID 自动温度控制仪控温. Cu, In 和 Ga 源成品字形排列,均倾斜一个微小的角度, 将蒸发口对准衬底中心, 衬底距离蒸发源 280mm. 硒蒸发源安装的位置高于 Cu, In 和 Ga 蒸发源, 如 图 1所示.在蒸发过程中, 硒源的蒸发温度较低、蒸 发速率较大,容易受其他蒸发源及衬底加热器的影 响,为此将真空室内各加热器的功率设计到最小,各 蒸发源及衬底加热器的工作功率及运行过程中的最 大功率如表 1所示. 第 8 期 敖建平等: 共蒸发三步法制备 CIGS 薄膜的性质 图 1 CIGS真空蒸发系统结构示意图 Fig. 1 Schematic o f CIGS thermal c o-evapor ation sy s- tem 表 1 蒸发源及衬底加热器的典型工作条件 Table 1 Typic al ope rat ing conditions of eff usion hea t- er s and substra te heater 蒸发源 工作状态 最大运行功率状态电流/ A 电压/ V 功率/ W 电流/ A 电压/ V 功率/ W 铜 18. 6 7. 3 135. 8 27. 2 13. 2 359. 0 铟 13. 6 4. 5 61. 2 18. 5 6. 0 111. 0 镓 15. 2 5. 1 77. 5 20. 8 6. 0 124. 8 硒 2. 7 1. 2 3. 2 4. 4 1. 4 6. 2 衬底 29. 1 12. 4 360. 8 34. 9 14. 3 499. 1 实验制备的 CIGS太阳电池的结构为: 玻璃/ Mo / GICS/ CdS/ -i Z nO/ ZnO B Al/ N-i Al. 用普通钠 钙玻璃作为衬底,直流溅射法沉积 1Lm 的 Mo 导电 层作为背电极. CIGS薄膜采用三步法制备[ 2] , 厚度 约为 2Lm. CdS 缓冲层用化学水浴法制备, 厚度为 30~ 50nm , 水浴的组成如下: 1mM 的 Cd ( CH 3- COO ) 2 , 5mM 的 NH 2CSNH 2 , 6mM 的 CH 3 COONH 4 和 01 4M 的 NH 4OH. 水浴温度从室 温到 85 e , 大约沉积 15min, 厚度为 50~ 80nm . 制 备本征 ZnO 膜采用高纯度 ZnO 靶材,使用交流磁 控溅射,低阻 ZnO B Al厚度为 200~ 300nm ,采用掺 杂 2% Al2O 3 的 ZnO靶进行直流磁控溅射制备, 最 后真空蒸镀 Ni/ Al栅电极. 三步法的 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 为: 第一步:共蒸发沉积 In, Ga 和 Se,衬底温度保 持在 350 e , 沉积 17min. 第二步: 共蒸发 Cu 和 Se. 衬底温度从 350 e 5min升至 550 e ,改为恒功率加热衬底.当衬底温度 快速下降时结束第二步,形成富 Cu的 CIGS薄膜. 第三步: 再蒸发沉积 In, Ga 和 Se, 约 3min, 使 表面形成轻微富 In 层. 利用美国 Ambios公司的 XP-2型台阶仪、日本 日立公司的 S-3500N 型 SEM、英国 Accent 公司的 HL5550型霍尔测试仪以及荷兰 Panalyt ical公司的 PW2403型 X荧光光谱仪( XRF)和 X . Pert Pro 型 X射线衍射仪( XRD) ,对吸收层 CIGS 薄膜的表面 粗糙度、电学性质(电阻率、载流子浓度等)以及成分 比例和晶相进行了测量. CIGS 薄膜电池均在室温、 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 光谱为 AM11 5、辐照强度为 1000W/ m2 的条件 下进行测试. 3 结果与 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 采用三步法共蒸发制备 CIGS 薄膜时, 若第二 步和第三步采用恒功率加热衬底, 衬底的温度随沉 积时间变化,其典型的变化曲线如图 2所示.图中的 第二步衬底温度从 480 e 开始, 沉积时间达到 7min 时,衬底温度稳定在 558 e , 在 171 4m in 时衬底温度 急剧下降, 终止第二步, 衬底温度继续下降; 等待 In, Ga 源升温,开始第三步沉积.第二步终止到第三 步开始的时间约 7m in,衬底温度随着第三步的时间 而上升. 图 2 恒功率加热时, CIGS 薄膜生长的第二步和第三步的衬 底温度变化的典型曲线 F ig. 2 Typica l var iation o f the substr ate temperatur e of t he g rowing film during a part o f the second and the thir d stag es under constant heating pow er 当第二步的衬底温度急剧下降时,结束第二步, 可以较精确地控制 CIGS薄膜中 Cu的原子百分比. 同样条件下连续制备 50批的 CIGS 薄膜, 经 XRF 分析表明, 其原子百分比最大偏差为 Cu: 11 40%, Se: 11 00% , In: 11 68%, Ga: 11 55% , 表明经改造的 设备在这种工艺条件下具有较好的可控性和重现 性.但是第二步的沉积时间有较大的差别,表 2列出 这 50批试样中几个典型的 CIGS 参数.从表中可以 看出, CIGS薄膜中含 Cu 的原子百分比在 231 23% ~ 241 07%范围内, Cu/ ( In+ Ga)比的范围为 01 89~ 01 94;但是第二步的沉积时间从 15min到 19min,变 化很大.这是因为监测控制的只是蒸发源坩锅底部 的温度,而不是蒸发材料的表面温度,蒸发速率与蒸 发材料表面温度直接相关,在工作过程中由于热胀 冷缩坩锅底部热偶的位置可能会产生微小的变化, 1407 半 导 体 学 报 第 27 卷 使测试温度与蒸发材料表面的实际温度之间的关系 发生变化.因此,尽管蒸发源的温度控制不变, 蒸发 速率也可能发生变化,导致沉积时间不同. 表 2 CIGS薄膜的组成及第二步沉积结束的时间 Table 2 Composition o f CIGS thin f ilms and the time of second stag e ended 试样 编号 XRF 分析的成分/% Cu In Ga Se 厚度 /Lm Cu/ ( In + Ga) Ga / ( In + Ga) 第二步结束 时间/ m in 5211 23. 93 18. 41 7. 59 50. 07 2. 29 0. 92 0. 292 15 5231 23. 68 18. 99 6. 99 50. 33 1. 87 0. 911 0. 269 16 5232 23. 23 18. 7 7. 39 50. 68 2. 31 0. 89 0. 283 19 5241 24. 07 17. 69 7. 98 50. 27 2. 39 0. 938 0. 311 17. 4 在三步法共蒸发制备 CIGS薄膜的过程中, 第 一步在衬底温度为 350 e 时沉积 In, Ga 和 Se, 生成 ( In1- x Gax ) 2Se3 预置层,其反应如下[ 7] : ( I n, Ga) ( g ) + Se( g) → ( In1- x Ga x ) 2Se3 ( s) ( 1) 第二步将衬底温度从 350 e 升为 550 e , 然后改 为恒功率控制衬底加热. 此时,衬底的吸热与放热基 本达到平衡,使衬底温度保持恒定.蒸发沉积 Cu 和 Se,与( In1- x Gax ) 2Se3 预置层发生反应形成 CIGS, 其反应如下: ( I n1- x Gax ) 2Se3 ( s) + Cu( g) + Se( g) → Cu( In, Ga) Se2 ( s) ( 2) 反应开始后, 衬底上的物质逐渐从 ( In1- x- Gax ) 2Se3 变为 CIGS, 这两种组分的物质导热系数 都比较小,所以衬底可以维持恒温状态.当 Cu和 Se 含量达到反应式( 2)所需要的量时, 继续沉积 Cu和 Se,则( 2)式的反应终止,生成新的 CuxSe液相: Cu( g) + Se( g) → Cux Se( l) ( 3) 一旦 Cux Se生成, 就表明 Cu的含量开始过剩.由于 Cux Se 是导电性的低熔点物质, 与 CIGS 相及 ( In1- x Gax ) 2Se3相比较,具有较强的热辐射性, 使衬 底的热辐射大于吸收,导致衬底温度快速下降[ 3] . 因 此可以将衬底快速降温点作为反应式( 2)结束的终 点,此时结束第二步沉积, 薄膜中组分基本恒定, 含 Cu的原子百分比约为 25%, 是一种含有少量的 Cux Se 富 Cu的 C IGS薄膜, 因此, 可以根据快速降 温点来判断C IGS薄膜中 Cu的原子百分比. 在成膜 过程中,液相的 Cux Se 可以促进 CIGS晶粒生长,形 成柱状大颗粒的结晶结构, 是三步法能够改进 CIGS 薄膜结构的关键因素之一. 但是, 多余的 Cux Se 能破坏 CIGS 薄膜的光电性能, 导致太阳电 池出现短路点. 为了消除第二步中产生的多余的 Cux Se, 第三 步再沉积 10% ~ 20%的 In, G a, Se, 将 Cux Se 反应 成 CIGS,并形成富 In的光滑的 CIG S表面. 对上述 50 批样品的 XRD, SEM 及 Ha ll分析 表明,虽然 CIGS薄膜的成分基本可以控制, 但是其 结晶结构的择优生长取向、形貌以及电性能有较大 的不同. X RD 分析表明,上述条件下制备的 CIGS 薄膜 主要是 Cu( In0. 7 , G a0. 3 ) Se2 相, 有两种择优取向,一 种是( 220) / ( 204)晶向,另一种是( 112)晶向,大部分 是( 112)择优取向.多数 CIGS薄膜都存在一至二种 杂相, 其中一类杂相的特征峰为: 251 69b, 311 1b, 701 15b, 761 4b和 801 5b, 大部分是富 In 相, 如 Cu0. 94- ( I n, Ga) Se2 , C u0. 93 ( I n, Ga ) Se2 , Cu0. 84 ( I n, Ga) Se2 以及 Cu ( In, Ga ) 2Se3 ; 另一种杂相的特征峰在 241 20b,可能是 Se 单质. 从这 50批试样中, 选择了 3个试样, 取其结晶 择优取向和杂相峰、SEM 形貌、电性能及电池参数 都有代表性的试样来进行分析. 图 3 是所选试样的 CIGS薄膜的 XRD 曲线, 从图中可以看出, 1014试 样是( 220) / ( 204)衍射峰高, 而另两个试样是( 112) 的衍射峰高.将( 112)和( 220)衍射峰的相对强度与 Cu( In0. 7 , G a0. 3 ) Se2 单粉末衍射卡 PDF00-035-1102 的数据进行比较, 可知 1014 试样具有较强的( 220) 择优取向, 而 2524和 1112试样是( 112)择优取向, 但后者的强度更大. 影响 C IGS薄膜择优取向的因 素很多,主要有衬底的种类、Mo 层结构性质、Cu/ In 比、第一步的 Se与 I n, Ga 蒸发速率之比. 在第一步 中 Se的速率大,有利于形成( 220)择优取向. Cu/ In < 1时有利于形成( 220)择优取向, 但是如果富Cu, 则有利于形成( 112)择优取向生长 [ 8] .这可能是由于 制备薄膜过程中, 蒸发源速率发生微小变化,使薄膜 中化学计量比出现波动造成择优取向、结晶形貌不 同,出现不同杂相. XRD数据表明, 1014中只有 Cu( In0. 7 , Ga0. 3 ) Se2 单相; 2524还有 Cu0. 94 ( In, Ga) Se2 相; 而 1112中则有 Cu0. 94 ( In, Ga)Se2 和单质 Se.这表明虽然 CIGS薄膜的 制备条件相同,但结晶的择优取向不同,且存在少量的 富 In相和杂相,其结果与有关研究是一致的[ 9, 10] .表 3 列出了这三种典型的 CIGS薄膜的成分及电池的 I-V 特性,从表中可以看出,三种 CIGS薄膜成分基本相同, 但制备的电池效率有一定的差别. 表 3 CIGS薄膜典型的原子百分比及其制备的电池特性 Table 3 Typical composition of CIGS thin f ilms and the char acter istics of cells 试样编号 Cu/ % In/ % Ga/ % Se/ % D /Lm Cu/ ( In+ Ga) Ga/ ( In+ Ga) 效率/ % FF V oc / V J sc / ( mA/ cm2) R s/ 8 R h / 8 1014 23. 82 19. 06 6. 88 50. 24 1. 89 0. 92 0. 27 12. 05 0. 61 0. 54 36. 57 3. 32 716. 64 2524 23. 04 19. 22 7. 24 50. 50 1. 86 0. 87 0. 27 11. 62 0. 62 0. 54 34. 78 3. 52 644. 76 1112 23. 19 19. 24 7. 31 50. 26 1. 87 0. 87 0. 28 10. 86 0. 61 0. 54 32. 90 3. 62 917. 51 1408 第 8 期 敖建平等: 共蒸发三步法制备 CIGS 薄膜的性质 图 3 表 3中所示 C IGS薄膜的 XRD 谱线 Fig. 3 XRD pattern o f thre e CIGS thin films shown in Table 3 有研究表明, 在三步法制备 CIS 时, 对于 Mo/ SLG 衬底, 沉积 Cu 的衬底温度为 400~ 500 e 时, 得到的 CIS 薄膜始终是( 220) / ( 204) 择优取向; 而 衬底温度 T sub > 500 e 时, 薄膜开始呈现出任意取 向,随着衬底温度的增加( 112)择优的可能性增加. 但是为什么会出现这种情况? 原因还不是很清楚. CIGS薄膜结晶的择优取向对电池性能的影响也有 完全不同的观点, 有人认为 CIGS 薄膜的晶格按 ( 112)晶向择优生长时, 与 CdS具有较好的匹配性. 也有人认为 CIGS薄膜按( 220)晶向择优生长更好, 因为这时 CIGS薄膜表面为{ 220}或{ 204}晶面, 这 种晶面有最大的二维空间(单位晶胞) , 而且, 晶面上 的正、负离子数相等, 是所有的晶面中极性最小 的[ 11] . 对上述样品进行 SEM 分析的结果表明, C IGS 晶粒大小也有很大的不同,如图 4所示.从图中可以 明显地看出, 1014 和 2542 试样的 CIGS 结晶晶粒 粗大,而且呈柱状, 符合制备高效率电池的特点. 但 是后者的表面更为致密, 晶粒也更为粗大些, 而前者 表面呈织构状, 形貌较为疏松. 图 4 中 1112的晶粒 明显小于前两者,表面也更为疏松,从表 3中可以看 出其 J sc也相应要小. 2542和 1112试样的 CIGS 薄 膜具有几乎完全一样的成分, 制备工艺过程也完全 相同,但是其 SEM 形貌却相差较大. 1112电池的效 率最低,可能是由于晶粒太小使晶界复合增加,导致 短路电流下降的原因.所以,进一步研究 C IGS结晶 的规律,从而找到控制 CIG S薄膜按柱状大晶粒结 晶生长的关键参数是提高电池效率的重要内容. 另外, Ha ll及台阶仪测试结果表明, 用恒功率 加热衬底法制备的 CIGS 薄膜表面粗糙度都较小, 一般都小于 10nm. 载流子浓度也有很大的不同, 2524试样为 n 型半导体, 载流子浓度为- 11 56 @ 1018 cm- 3 ;而另两个试样为 p 型半导体,载流子浓度 为 1016cm- 3 , 两者相差较大. 上述 50批样品的 Ha ll 测试结果表明, 多数 CIG S薄膜成 p 型, 少数成 n 型.这可能是由于 Hall仪测试的是薄膜表面一定厚 度范围内的平均值, 当富 In 层足够厚时呈 n 型. 也 就是说 2524试样 C IGS薄膜表面形成的富 In层可 能比其他两个试样厚得多, 图 3 中 2524 样品的 XRD 曲线中检测到了富 In 相Cu0. 94 ( I n, Ga) Se2 的 存在,但无法确定这种相的厚度. 大量研究表明, 富 In 的 CIGS 薄膜是 n 型的,在 CIGS 表面形成一层 几十纳米的富 In 缺陷态Cu( In, G a) 2 Se3 ,这对于制 备高效电池是有利的 [ 12] . 此外, 研究还表明, 富 In 层能够提高 CIGS薄膜的表面光洁度,从图4及表2 也可以看出这种效果, 2524的表面 SEM 图像比其 他两个试样致密, 且粗糙度也小[ 7] .粗糙度对电池的 性能也有影响, 一般认为粗糙度应该在 30~ 60nm 最适合制备电池, 粗糙度太大, p-n 结界面缺陷态增 加,造成界面复合增加,从而增加电池的反向饱和电 流.但是粗糙度太小, 则由于反光使光吸收效率下 降[ 2 ] .如果按此标准, 我们制备的 CIGS薄膜表面粗 糙度太小,这也可能是影响电池效率的原因. 表 4 典型的 CIGS薄膜的光电特性 Table 4 Pho to ele ctric ch ara cteristics of typica l CIGS thin films 试样 编号 电阻率 / ( 8 # cm) 迁移率 / ( cm2 / (V # s) ) 载流子浓度 / cm - 3 粗糙度 / nm 1014 35. 87 7. 78 2. 2@ 1016 51 8 2524 13. 54 0. 30 - 1. 56@ 1018* 41 2 1112 29 6. 7 3. 21@ 1016 61 1 * Hall 测试给出载流子浓度为负时,表明材料是电子导电的 n 型 半导体. 1014和 2524电池的量子效率测试结果如图 5 所示.一般认为可以将量子效率曲线分为三个区,分 别由CdS层、空间电荷层和 CIGS的中性层决定.在 波长小于 510nm 的范围内, 电池的量子效率取决于 CdS和窗口层 ZnO,当 CdS厚度太大时, 由于吸收 了短波长的光,量子效率就会下降. 在 510~ 900nm 的范围内,是 CdS/ CIGS 界面的空间电荷层对量子 效率产生影响,这主要是由于光生载流子在界面空 穴复合引起的 [ 13] . 从图中可以看出, CdS 对两种电 池的量子效率影响相似, 但是在空间电荷层和中性 层中, 2524 电池的量子效率较低, 可能是由于 2524 试样的 CIGS薄膜表面富 I n层太厚,导致吸收层的 并联电阻减小而串联电阻增加, 从而降低了电池的 效率. 1409 半 导 体 学 报 第 27 卷 图 4 表 3中所列 CIGS薄膜的表面和断面 SEM 形貌 ( a) 1014; ( b) 2425; ( c) 1112 F ig . 4 SEM sur f ace mo rpho lo gies and cr oss- sections o f CIGS thin- f ilm samples shown in Table 3 ( a) 1014; ( b) 2425; ( c) 1112 图 5 CIGS薄膜太阳电池的量子效率曲线 Fig. 5 QE curves o f C IGS thin film solar cells 4 结论 采用简单的 PID 控制仪控制共蒸发三步法制 备 CIGS薄膜时, 通过恒功率加热衬底并监测其温 度变化可以实现在线组分监测, 得到组成几乎完全 相同的 CIGS薄膜,其表面光洁,多数薄膜的粗糙度 小于 10nm ,大大提高了共蒸发制备的重现性.但是 组成相同的 CIGS薄膜,其结晶择优取向可能不同, 主要有( 112)和( 220) / ( 204)两种; 其结晶形貌也有 很大的不同,晶粒粗大且成柱状的薄膜电池效率高. 虽然从 Cu/ ( In+ Ga) < 1的组成可以认为 CIGS薄 1410 第 8 期 敖建平等: 共蒸发三步法制备 CIGS 薄膜的性质 膜为贫 Cu结构,但 Hall测试表明,多数 C IGS薄膜 成p 型,少数成 n型.进一步提高电池的效率还需要 研究影响 CIGS薄膜的结晶结构的因素, 同时要对 CdS和 ZnO等薄膜及各层薄膜界面的结构进行研 究. 参考文献 [ 1 ] C ont reras M A, Ramanathan K, Abushama J, et al. Diod e characteri st ics in state- of-the- ar t Z nO/ CdS/ Cu( In1- x Gax )- Se2 solar cells. Pr ogr ess in Photovoltaics: Research and Ap- pl icat ion s, 2005, 13: 209 [ 2 ] Gabor A M , Tut t le J R, Alb in D S, et al . H igh- ef f icien cy C uIn1- x Gax Se2 solar cells made f rom ( In1- x Gax ) 2Se3 pre- cursor f ilm s. Appl Ph ys L et t , 1994, 65( 2) : 198 [ 3 ] Koh ara N, Negam i T, Nishitani M , et al. Pr ep ar at ion of de- vice-quali ty Cu( In, Ga) Se2 thin f ilm s deposited b y coevapo- rat ion w ith composi ti on mon itor. Jpn J Appl Phys, 1995, 34 ( 9A) : L1141 [ 4 ] Sun Yun, Wan g Junqing, Du Z haofeng, et al. Research on C IS and C IGS thin f ilm solar cel ls. Acta Energiae Solari s Sin- ica, 2001, 22(2) : 192( in C hin ese) [孙云, 王俊清,杜兆峰,等. C IS和 C IGS 薄膜太阳电池的研究. 太阳能学报. 2001, 22 ( 2) : 192] [ 5 ] H e Qin g, Sun Yun, L i Fen gyan , et al. A 121 1% ef f icien t C u( In, Ga) Se2 th im-f ilm solar cell. Acta Energiae Solaris Si- naca, 2004, 25( 6) : 782( in Ch inese) [何青,孙云,李凤岩,等. 效率为 121 1%的 Cu( In ,G a) Se2 薄膜太阳电池.太阳能学报, 2004, 25( 6) : 782] [ 6 ] Ao J ianpin g, He Qin g, Sun Guozhon g, et al. Crystal structure and prop er ties of chemical bath deposited C dS th in f ilm s. Chinese Journ al of Sem iconductor s, 2005, 26 ( 7) : 95 ( in Chi- nese) [敖建平,何青,孙国忠,等.化学水浴沉积 C dS薄膜晶相 结构及性质.半导体学报, 2005, 26( 7) : 95] [ 7 ] C ont rer as M A, Tut tle J , T en nant A, et al. High ef f iciency graded band gap thin-f ilm polycrystall ine C u ( In, Ga ) Se2- based solar cell s. Solar E nergy Materials &Solar C el ls, 1996, 41/ 42: 231 [ 8 ] Chaisi tsak S, Yamada A, Konagai M . Preferred or ientat ion con tr ol of C u( In1- x Gax ) Se2 ( x U 01 28) thin f ilms and it s in- f luence on solar cel l characterist ics. Jpn J Appl Phys, 2002, 41( 2A) : 507 [ 9 ] Con treras M A, Egaas B, King D, et al. T exture m anipulat ion of CuInSe2 thin f ilm s. Thin Solid Fi lms, 2000, 361/ 362: 167 [ 10] Xu Chuanming, Xu Xiaolian g, M in Haijun , et al . Structure stud y of p eriodic sequent ially-evap orated thin f i lms of Cu- ( In, Ga) Se2 . C hin ese Journ al of Semiconductors, 2003, 24 ( 10) : 1057( in C hin ese) [徐传明,许小亮, 闵海军,等.周期顺 序蒸发工艺生长的 C u( In, Ga) S e2 薄膜结构.半导体学报, 2003, 24( 10) : 1057] [ 11] C on tr er as M A, Egaas B, Ram anath an K, et al . Progress to- ward 20% ef f icien cy in Cu ( I n, Ga ) Se2 polycrystallin e thin- f ilm solar cel ls. Pr og Photovol t: Res Appl, 1999, 7: 311 [ 12] Tan aka T, Tanahashi N, Yam aguchi T, et al. C haracteriz a- tion of Cu( In x Ga1- x ) 2 Se3. 5 thin f ilm s prepared by rf sput te- ring. Solar En ergy Material s and Solar Cells, 1998, 50: 13 [ 13] Parisi J, Hilbrger D, Schmi tt M , et al . Quantum ef f iciency and admit tan ce spect roscopy on Cu ( In , Ga ) S e2 solar cell s. Solar Energy M aterials an d Solar C el ls, 1998, 50: 79 Properties of CIGS Thin-Films Prepared by a Three-Stage of Co-Evaporation Process* Ao Jianping, Sun Yun, W ang Xiaoling, Li Fengyan, He Qing, Sun Guozhong, Zhou Zhiqiang, and Li Chang jian ( K ey L aborator y of Photo-Elect ronic T hin Fi lm Dev ices and T echnolog ie s, I nsti tu te of P hoto-Elect ronic T hin F ilm Dev ic es and Technique s, N ankai Unive rsi ty , T ianj in 300071, China) Abstract: CIGS thin f ilms ar e depo sited in a thre e- stag e co-evapor at ion pr ocess by using a simple PID contro ller . The com po- sition o f the C IGS thin f ilms can be contr o lled on- line by monito ring t he tem pe rat ur e change o f the substr ates w hile using constant pow er t o heat the substr ates. These me thods can g re atly improve the contr ollability and reproducibility o f depositing CIGS thin f ilms. The sur faces o f the CIGS film s are sm oo th, w ith a r oughness less than 10nm. How ever , the pr efe rential o r-i ent ations o f the CIGS thin films w ith the sam e component are dif fe rent, though most o f them are ( 112) . Mo reover , the gr ain sizes of the CIGS thin films are also v ery dif fer ent. A lthough the CIGS f ilms have Cu-poo r compositions, Cu/ ( In+ Ga ) < 1, most o f them a re p- type semiconducto r s, and a f ew are n- type, as determined by Ha ll measur ement. Key words: co-evapo r ation; Cu( In, Ga) Se2 ; thr ee- stage pr ocess; thin f ilm so la r cells PACC: 7340L ; 7360F ; 7360L Article ID: 0253-4177( 2006) 08-1406-06 * Pr oject sup ported by the National H igh T echnology Research and Developm en t Pro gr am of C hina( No. 2004AA513021) and the Foundat ion of Nankai Un iversity( Nos. P02011, P02010) C orresponding author. Email: aojp@ nankai. edu. cn Received 12 Novem ber 2005, r evised manuscript received 29 March 2006 oc2006 Ch inese In stitute of Electr onics 1411
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分类:生产制造
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