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《Se化Cu_2In_2O_5法制备CuInSe_2薄膜的机理及性能研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、文章编号:1001-9731(2000)02-0146-03XSe化Cu2In2O5法制备CuInSe2薄膜的机理及性能研究杨 静,马鸿文(中国地质大学材料科学与工程学院,北京100083)摘 要:黄铜矿型CuInSe2(CIS)多晶薄膜具有优良的光伏特合。将三氯化铟以一定比例溶于2-甲氧基乙醇中,超声振荡性。在对现有制备工艺进行对比分析的基础上,首次采用sol-混匀,然后将此溶液加入到乙酸铜溶液中,进行磁力搅拌,使之gel法制备了Cu2In2O5(CIO)薄膜,经Se化获得了结构均匀、表充分反应,得到均匀透明、无沉淀的绿色溶胶溶液。面平整、组成接近于化学计量比的CIS薄膜,其电
2、阻率介于105旋转涂膜:涂膜过程在KW-4型光刻匀胶机上进行。基底～106Ω·cm之间,与国外采用其它高成本工艺制备的薄膜性能为中国建材科学研究院玻璃所生产的低碱玻璃(SiO2-Al2O3-相当。基于上述实验,对Se化CIO法制备CIS半导体薄膜的机B2O3-RO系),其成分接近于美国康宁公司的7059号玻璃。薄理及材料的光伏性能进行了分析。膜厚度由美国TENCOR公司生产的alpha-steP型台阶仪测定。关键词:CuInSe2;Cu2In2O5;Sol-Gel工艺;硒化;性能采用溶液浓度为:Cu,0.4～0.7mol/L;In,0.5mol/L。一次涂膜中图分类号:TN304
3、.26的厚度约70～90nm。热处理:热处理的温度由干凝胶的差热分析结果确定。1 引 言CIO薄膜的干燥温度为400℃,晶化温度为500℃,时间均为黄铜矿型CuInSe2(以下简称CIS)多晶薄膜具有优良的光30min。升温速率为2～3℃/min。热处理过程在空气中进行。2.2Se化CIO薄膜伏特性。CIS的禁带宽度近于1.0eV,是目前已知的光吸收性最-1Se化过程在石英试管中进行,真空度为10Pa。Se化温好的半导体薄膜材料。0.5μm厚的CIS足以吸收90%的太阳光度为400℃,时间为60～90min,从而得到CIS薄膜。子。理论计算,CIS多晶薄膜太阳电池的转换效率可达到
4、20%。就评定CIS技术成功的标准———效率、成本和稳定性而言,其高3 结果与讨论效和稳定性毋庸置疑,而制备工艺的成本问题却远未得到很好3.1 显微形貌、化学组成与物相分析解决。CIS太阳电池技术仍未达到商业化标准。这是由于采用扫描电镜分析(图1)表明,采用本工艺制备的CIO薄膜和传统的物理气相沉积(PVD)法、化学气相沉积(CVD)法制备多CIS薄膜,表面平整,结构均匀、无裂纹,CIO和CIS晶粒的粒径组分化合物薄膜,工艺成本高,难以控制各组分的化学计量比,介于0.1～0.3μm之间。因而也就难以制备出性能优良的多元化合物薄膜。据电子探针分析结果,由sol-gel法制备的CIO
5、薄膜的溶胶-凝胶(sol-gel)法是制备多组分化合物薄膜的优良Cu/In摩尔比值与前体溶液(aq)中不同,经热处理后,Cu/In比值方法。80年代以来,sol-gel法制备薄膜的技术得以迅猛发展,有所减小,Cu有一定损失;与CIO薄膜相比,Se化后的CIS薄在制备防护涂层、光学涂层、传感器、介电材料、电致变色材料、膜,其Cu/In比值又有所增大(图2)。采用此工艺得到了接近化半导体薄膜、超导薄膜和铁电陶瓷薄膜等方面均得到成功的应学计量比的CIS薄膜(表1)。用。从降低工艺成本并获得性能优良的CIS薄膜考虑,首次采用sol-gel法制备了Cu2In2O5(以下简称CIO)薄膜,经
6、Se化得到了CIS薄膜。并对其化学成分、物相组成、显微形貌及性能进行了研究,讨论了制备CIS薄膜的机理及材料的光伏性能。2 实验方法制备CIS薄膜的实验过程分为两步:sol-gel法制备CIO薄膜;Se化CIO薄膜,从而得到CIS薄膜。2.1Sol-Gel法制备CIO薄膜前体溶液(aq)配制(溶胶制备):采用一水乙酸铜和四水三氯化铟(4N级)为前体原料,2-甲氧基乙醇作为溶剂,冰乙酸为图1CIO和CIS薄膜的显微形貌负催化剂,甲酸胺为干燥控制添加剂。具体过程为:将乙酸铜以Fig1SEMphotographsofCIOandCISthinfilms一定比例溶于2-甲氧基乙醇中,进行
7、磁力搅拌,使之充分混X基金来源:矿物岩石材料国家专业实验室开放基金和地矿部百名跨世纪科技人才培养计划基金资助项目收稿日期:1998-12-02146《功能材料》2000,31(2)©1995-2006TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.性能见表1。采用Se化CIO法制备的CIS薄膜的电阻率为4.556×10～7.1×10Ω·cm。通过对比发现,采用本工艺制备的CIS2薄膜的电阻率,可与由Se化喷射热解制备的CI
