真空单靶磁控溅射法制备铜铟镓硒薄膜.pdf

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1、真空单靶磁控溅射法制备铜铟镓硒薄膜CIGSfilmspreparedbyone-steppulsedDCmagnetronsputtering白天睿大连交通大学DALIANJIAOTONGUNIVERSITY分类号：学校代号：10150UDC：密级：学号：20122002硕士学位论文真空单靶磁控溅射法制备铜铟镓硒薄膜CIGSfilmspreparedbyone-steppulsedDCmagnetronsputtering学生姓名：白天睿导师及职称：柴卫平教授刘超前副教授学科门类：工学专业名称：材料科学与工程研究方向：光电材料与

2、器件申请学位级别：硕士论文答辩日期：2015年6月1日学位授予单位：大连交通大学I大连交通大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢及参考文献的地方外，论文中不包含他人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得大连交通大学或其他教育机构的学位或钲书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。本人元全思识到本戶明的法律效力，申请学位论文与资料若有不实之处，由本人求担一功相关责任。学位论文

3、作者签名：t肩大连交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解大连交通大学有关保护知识产权及保留、使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属大连交通大学，本人保证毕业离校后，发表或使用论文工作成果时署名单位仍然为大连交通大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件及其电子文档，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入学校有关数据库和收录到《中国博士学位论文全文数据库》、《中国优秀硕士学位论文全文数据库》进行信息服务，也可以采用影印、缩印或扫描等

4、复制手段保存或汇编本学位论文。(保密的学位论文在解密后应遵守此规定）学位论文作者签名：4导师签名：日期：年〈月"日日期：<月"日摘要Cu(In,Ga)Se2(CIGS)薄膜太阳电池以其高效、低成本、抗辐射能力强、寿命长等优良特性引起了人们日益广泛的关注。在薄膜制备方法中，磁控溅射技术是一种被普遍采用的方法，因此，本文采用单靶直流脉冲磁控溅射技术制备CIGS薄膜，系统地研究沉积过程中的相关制备参数对CIGS薄膜性能的影响情况。本文在制备CIGS薄膜的过程中，主要研究电源参数，如溅射功率、溅射频率，以及基底温度等对薄膜物相结构、择优

5、取向状态、成份、电学性能等的影响规律与机制。关于电源参数(即溅射功率和溅射频率)对CIGS薄膜状态及性能影响的研究表明，沉积速率(对应沉积电流)会严重影响薄膜的择优取向状态，当沉积速率大于22.5nm/min时，所制备的CIGS薄膜具有(220)/(204)择优取向。此外，沉积速率及沉积电压均对薄膜的成份及电学性能具有重要影响。结果表明，即使未对基底加热，薄膜均具有单一的黄铜矿结构，所有沉积的CIGS薄膜的成份含量均偏离于靶材的成份含量；沉积速率对于Se元素和Ga的含量影响较小，但随沉积速率增加，In元素含量明显增加、而Cu元素

6、含量明显降低；当溅射电压降低时，薄膜中Se元素和Ga元素含量明显增加，但In元素含量降低。基于单一元素溅射产额的半经验公式，对薄膜中各元素含量随溅射电压的变化进行了模拟估算，且模拟结果基本与实验结果相符合。鉴于模拟结果推测，影响薄膜中各元素含量的主要因素是各组元的本征属性，如表面束缚能(或升华能)、原子序数、原子质量等。关于电学性能的研究表明，当薄膜为贫Cu或接近化学计量比时，薄膜的载流子浓度较低，具有较高的电阻率。在磁控溅射制备CIGS薄膜的过程中，CIGS的晶化状态对其性能也起着至关重要的作用。本论文设计了一种新颖的基底加热

7、方式，进一步研究了不同的基底温度对CIGS薄膜性能的影响。结果表明，在基底温度不超过400ºC时，样品的物相结构为单一的黄铜矿结构。尤其是基底温度为400ºC时，获得了具有较大晶粒、较为致密的CIGS薄膜。当基底温度为450ºC时，薄膜形貌较为疏松。研究还表明，当基底温度在室温至400ºC范围内，薄膜中的成份基本没有变化。此外，当未施加基底温度时，薄膜中择优取向为(220)/(204)；当基底温度大于100ºC时，薄膜中的择优取向转变为(112)。关键词：CIGS薄膜；单靶磁控溅射；电源参数；基底温度；择优取向AbstractC

8、u(In,Ga)Se2(CIGS)thin-filmsolarcellsattractsgrowingattention.withhighefficiency,lowcost,anti-radiationandotherexcellentfeatures.Mag