热处理温度和Na掺杂浓度对CIGS薄膜结构和性能的影响

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1、学校代号10532学号S151301194分类号TB321密级公开硕士学位论文热处理温度和Na掺杂浓度对CIGS薄膜结构和性能的影响学位申请人姓名袁琦培养单位材料科学与工程学院导师姓名及职称茶丽梅副教授学科专业材料科学与工程研究方向纳米材料及薄膜材料论文提交日期2018年5月3日学校代号:10532学号:S151301194密级:公开湖南大学硕士学位论文热处理温度和Na掺杂浓度对CIGS结构和性能的影响学位申请人姓名：袁琦导师姓名及职称：茶丽梅副教授培养单位：材料科学与工程学院专业名称：材料科学与工程论文提交日

2、期：2018年5月3日论文答辩日期：2018年5月31日答辩委员会主席：张福全教授InfluencesoftheheattreatmenttemperatureandNadopingconcentrationonthestructuresandpropertiesofCIGSthinfilmbyYUANQiB.E.(HunnanUniversityofTechnology)2015AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegree

3、ofMasterofEngineeringinMaterialsScienceandEngineeringintheGraduateSchoolofHunanUniversitySupervisorAssociateProfessorCHALimeiMay,2018硕士学位论文湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文

4、中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名:日期:年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密□,在______年解密后适用本授权书。2、不保密□√。（请在以上相应方框内打“√”）作者签名:日期:年月日导师签名:日期:

5、年月日I热处理温度和Na掺杂浓度对CIGS薄膜结构和性能的影响摘要近年来薄膜光伏电池发展迅速，黄铜矿类的薄膜材料由于其合适的能带宽度和高的吸收系数成为发展最快的一类。其中，最具代表性的材料是铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池。然而，目前CIGS太阳能电池的最高转换效率离它的理论效率还有相当大的差距。本文先后采用溅射硒化法和四元靶材共溅射法制备CIGS薄膜，并通过调节硒化温度、退火温度、Na的掺杂量获得不同薄膜样品，以从多角度探讨制备参数对薄膜结构和性能的影响。利用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱（Raman）、扫

6、描电镜(SEM)、高分辨透射电子显微镜（HR-TEM）、扫描透射电镜-高角环形暗场显微技术（STEM-HAADF）、X射线能量散射光谱元素面扫描（EDS-mapping）和电流-电压测试（J-V曲线）等多种分析手段，探究了不同制备条件下CIGS薄膜的微观组织结构和性能。主要实验体系及结果为：(1)采用磁控溅射法在钠钙玻璃上沉积CuGa/In/CuGa/In金属预制层，调节后续硒化温度得到一系列CIGS薄膜。此部分工作着重于研究铜铟镓硒/钼（CIGS/Mo）界面特性随硒化温度的变化规律。实验结果表明：400℃硒化

7、的薄膜中CIGS与Mo层之间界面清晰；硒化温度为500℃时，CIGS/Mo界面上出现MoSe2薄层和富Na的二次相纳米颗粒；温度升至600℃时MoSe2层增厚，同时二次相纳米颗粒连接形成不平整的条带，CIGS/Mo界面演变为CIGS/富Na的二次相/MoSe2/Mo这一多层结构。此外，MoSe2的晶体取向在一定程度依赖于硒化温度，且其取向关系对二次相的形成有一定的影响。当温度为500℃时，MoSe2并无择优取向；当温度升至600℃，MoSe2晶粒的c轴与Mo的柱状晶生长方向垂直，这种取向有利于Mo层和CIGS层

8、之间Se、Na等元素的扩散。(2)采用四元靶材溅射的方法制备铜铟镓硒（CIGS）薄膜，通过改变退火温度研究薄膜微观组织结构。实验表明退火温度为500℃时，薄膜的致密度较高，成分的均一性更好。(3)Mo背电极上沉积不同厚度比的Mo/Mo&Na层，研究Na的掺杂量对CIGS吸收层结构及电池效率的影响。Na元素的掺杂有利于薄膜致密度的增加；薄膜中Na2Se化合物的形成会抑制Se的扩散，减小C