化学水浴法制备CIGS薄膜太阳电池缓冲层CdS薄膜的研究

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1、化学水浴法制备CIGS薄膜太阳电池缓冲层CdS薄膜的研究曹章轶上海空间电源研究所2010年11月19日报告提纲一、研究背景二、研究内容三、在两种溶液体系中制备CdS薄膜的研究四、在柔性衬底CIGS太阳电池中的应用五、结论一、研究背景缓冲层Soda-limeglassCu(In,Ga)Se2MoZnO/ZnO:AlNi/AlNi/AlCu(In,Ga)Se2太阳电池的结构示意图CdS溶液体系：氯化镉体系碘化镉体系醋酸镉体系硫酸镉体系二、研究内容在醋酸镉溶液体系和硫酸镉溶液体系中采用化学水浴法沉积CdS薄膜，对CdS薄膜的表面形貌、晶体结构、光透过率和

2、成份等特性进行研究。两种溶液体系中沉积的CdS薄膜分别应用于聚酰亚胺衬底CIGS薄膜太阳电池。三、在两种溶液体系中制备CdS薄膜的研究实验参数醋酸镉体系硫酸镉体系镉盐1mM1.5mM硫脲7.5mM75mM氨水0.6M1.2M铵盐1.5mM/温度70℃60℃时间15min7min两种溶液体系下沉积薄膜的FESEM图(a)醋酸镉体系、(b)硫酸镉体系薄膜均匀致密、颗粒之间没有微孔。薄膜表面出现白色颗粒。采用硫酸镉溶液体系时，白色颗粒较多且尺寸较大。白色颗粒可能是溶液中同相反应生成的Cd(OH)2胶粒或者CdS胶粒，沉淀在薄膜表面。三、在两种溶液体系中制备

3、CdS薄膜的研究两种溶液体系下沉积薄膜的AFM图(a)醋酸镉体系、(b)硫酸镉体系薄膜的颗粒大小约为60nm。采用醋酸镉溶液体系时，薄膜的均方根粗糙度为5.063nm。采用硫酸镉溶液体系时，薄膜的均方根粗糙度为6.820nm，薄膜表面出现了170nm大小的颗粒。三、在两种溶液体系中制备CdS薄膜的研究薄膜为n型半导体。一般认为若S/Cd原子比在0.85~0.95之间，则CdS薄膜的电阻率在104Ω·cm~105Ω·cm，方块电阻大约为109Ω/□~1010Ω/□。醋酸镉体系硫酸镉体系S/Cd原子比0.94630.9451三、在两种溶液体系中制备CdS

4、薄膜的研究两种溶液体系下沉积薄膜的XRD图谱(a)醋酸镉体系、(b)硫酸镉体系图谱上只有在2θ为26.78°位置出现一个衍射峰。难以判断CdS薄膜具体为哪一种晶体结构，可能沿六方晶(002)方向择优生长，也可能沿立方晶(111)方向择优生长。醋酸镉溶液体系下沉积的CdS薄膜的衍射峰峰值更强、峰宽更窄，择优生长更明显。三、在两种溶液体系中制备CdS薄膜的研究两种溶液体系下沉积薄膜的光透过率与光波长之间的关系(a)醋酸镉体系、(b)硫酸镉体系两种溶液体系下沉积薄膜的(αhν)2-hν的关系图(a)醋酸镉体系、(b)硫酸镉体系在波长大于550nm时有较高的

5、透过率；在波长小于550nm时，透过率急剧下降。在长波区域，醋酸镉溶液体系下沉积的CdS薄膜的透过率略高。CdS薄膜的禁带宽度值：2.24eV（醋酸镉体系）和2.35eV（硫酸镉体系）。三、在两种溶液体系中制备CdS薄膜的研究四、在柔性衬底CIGS太阳电池中的应用CIGS电池的I-V曲线，缓冲层CdS薄膜分别为(a)醋酸镉体系和(b)硫酸镉体系中沉积（0.64cm2，AM0，25℃）CdS薄膜Effi.Voc(mV)Jsc(mA/cm2)FF醋酸镉溶液体系6.42509350.49硫酸镉溶液体系6.3550633.60.51五、结论在醋酸镉溶液体系和

6、硫酸镉溶液体系中CBD法沉积CdS薄膜。薄膜的厚度为60nm，无微孔排列致密，光透过率高，S/Cd原子比约为0.94。相对而言，醋酸镉溶液体系沉积的CdS薄膜的择优生长更明显，薄膜表面的白色沉淀颗粒较少，禁带宽度较小。采用两种溶液体系中沉积的CdS薄膜作为聚酰亚胺衬底CIGS薄膜太阳电池的缓冲层，电池的转换效率分别达到6.42％（醋酸镉体系）和6.35％（硫酸镉体系）。谢谢请各位专家提出宝贵意见！