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1、第39卷第1期人工晶体学报Vo.l39No.12010年2月JOURNALOFSYNTHETICCRYSTALSFebruary,2010Cu(In,Ga)Se2薄膜表面镓(Ga)含量分布对太阳电池性能的影响王赫,刘芳芳,孙云,何青,张毅,李长健(南开大学光电子薄膜器件与技术研究所,天津市光电子薄膜器件与技术重点实验室,天津300071)摘要:本文利用三步法共蒸发制备Cu(In,Ga)Se2多晶薄膜吸收层,通过改变第三步Ga的蒸发温度控制薄膜表面Ga的含量及其分布。随着吸收层表面Ga含量的增大,空间电荷区带隙变宽,电池的开路电压Voc明显增大。同时,Ga
2、的梯度分布有效地扩宽了吸收层的光谱响应范围,减小了由于禁带宽度增大所引起的短路电流Jsc的损失,从而有效地提高了电池的转换效率。关键词:Ga梯度分布;吸收层表面;开路电压Voc;短路电流Jsc中图分类号:TM615文献标识码:A文章编号:1000-985X(2010)01-0052-05GalliumGradingontheSurfaceofCu(In,Ga)Se2AbsorberandItsEffectsonthePerformanceofSolarCellsWANGHe,LIUFang-fang,SUNYun,HEQing,ZHANGYi,LICha
3、ng-jian(TianjinKeyLaboratoryofPhotoelectronicThinFilmDeviceandTechnology,InstituteofPhoto-electronicThinFilmDeviceandTechnology,NankaiUniversity,Tianjin300071,China)(Received14April2009,accepted3May2009)Abstract:Cu(In,Ga)Se2thinfilmswerepreparedbythree-stageco-evaporationprocess.
4、Bychangingthesourcetemperatureofgalliuminthethirdstep,thegalliumcontentsanddistributiononthesurfaceoftheabsorberscouldbecontrolled.Withtheincreaseofgalliumcontentonthesurfaceofthethinfilm,thebandgapofSpaceChargeRegion(SCR)waselevated,whichresultedintheincreaseoftheopencircuitvolt
5、ageofsolarcells.Inaddition,asgalliumgradingexpandedtherangeofspectrumresponseofCIGSthinfilms,thelossoftheshortcircuitcurrentdecreased,whichleadtoanimprovementfortheefficiencyofsolarcells.Keywords:galliumgrading;thesurfaceofabsorbers;opencircuitvoltageVoc;shortcircuitcurrentJsc1引言
6、近年来,随着世界范围内能源危机的日益临近,作为/绿色能源0之一的薄膜太阳电池的研发和生产越来越受到人们的关注。其中Cu(In,Ga)Se2(简称CIGS)薄膜太阳电池具有低成本、高效率、性能稳定、抗辐[1]射能力强等优点,被认为是未来最有能力与硅电池竞争的廉价新型薄膜太阳电池。CIGS吸收层的制备方收稿日期:2009-04-14;修订日期:2009-05-03基金项目:天津市重大科技攻关项目(05YFGZGX03400);国家高技术发展计划(863)项目(2004AA513020);天津市科技创新专项资金项目(06FZZDGX01200)作者简介:王赫(
7、1983-),男,天津市人,博士研究生。E-mai:lwanghe632@yahoo.com.cn第1期王赫等:Cu(In,Ga)Se2薄膜表面镓(Ga)含量分布对太阳电池性能的影响53法有很多,主要的方法有两种:真空蒸发沉积(PVD)和溅射后硒化。目前,美国NREL利用PVD方法制备的[2]CIGS薄膜太阳电池的转换效率已经达到19.9%。CIGS属于Ñ-Ó-Ö族化合物半导体材料,其晶体结构为黄铜矿结构,此结构由两个面心立方晶格套构而成,一个是由阴离子Se组成的面心立方晶格,另一个是由阳离子Cu、In共同构成的面心立方晶格。其中掺[3]入的Ga原子部分
8、地替代In原子,使CIGS材料的带隙在1.04~1.68eV范围内可调。利用CI
