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1、铜铟镓硒（CIGS）薄膜的制备Members:崔厚磊葛军樊向前孔庆路Reporter:范晓ShanghaiInstituteofCeramics,SICCAS内容介绍1、引言2、CIGS薄膜制备的几种主要方法3、方法比较及展望1.引言1.1背景1.2CIGS简介1.3CIGS薄膜太阳能电池结构1.4CIGS太阳能电池的优势及应用1.1背景太阳能电池发电原理1.2CIGS简介CulnSe2(CIS)属于I–III–VI族化合物，属于正方晶系黄铜矿结构，具有复式晶格，晶格常数a=0.577nm，c=1.154nm。CIS中
2、引入Ga部分替代In形成CIGS(CuInxGa(1-x)Se2)，它是直接带隙半导体材料，带隙可在一较大范围内调节。作为光的吸收层，CIGS是薄膜电池的核心材料，CIGS晶体黄铜矿结构示意图多元相图1.3CIGS薄膜太阳能电池结构CIGS电池中异质结能带结构图不同材料的光吸收系数1.4CIGS太阳能电池的优势及应用性能优点导体禁带能隙在1.0~1.7eV之间可调吸收系数高，达到105cm-1与缓冲层CdS有良好的晶格匹配直接能隙，具有光子再循环效应没有光致衰退效应适应多种衬底材料“下一时代非常有前途的新型薄膜太阳电池
3、”。应用贴在汽车上的CIGS太阳能电池2.CIGS薄膜材料的制备方法真空工艺：多源共蒸发法溅射后硒化法分子束外延法化学气相沉积非真空工艺：电化学沉积旋涂涂布法丝网印刷法喷墨打印法2.1多源共蒸发法共蒸发是典型的物理气相沉积工艺(PVD)。根据薄膜沉积过程,共蒸发可分为一步法、两步法和三步法。共蒸发试验室设备示意图In-Ga-Se预置层表面富Cu的CIGS薄膜稍微贫铜的p型CIGS源物质三步共蒸发法工艺路线等化学计量比的CIGS1、基底温度较低的情况下(400℃)蒸发In、Ga、Se形成一层In-Ga-Se预置层。控制原
4、子比例In:Ga=0.7∶0.3,In+Ga/Se=2:3;3、少量的In,Ga,Se沉积以形成少量贫铜的CIGS薄膜。2、升高基底温度到570℃,蒸发Cu、Se。借助低熔点的Cu2-xSe，形成表面富Cu的CIGS薄膜。(In,Ga)(g)+Se(g)→(In1-xGax)2Se3(s)(1)(In1-xGax)2Se3(s)+Cu(g)+Se(g)→Cu(In,Ga)Se2(s)(2)Cu(In,Ga)Se2(s)+CuxSe+(In,Ga)(g)+Se(g)→Cu(In,Ga)Se2(s)(3)Prog.Phot
5、ovolt:Res.Appl.2008;16:235–2392.2溅射后硒化法Cu-In-Ga预制层的沉积预制层硒化法预制层硒化热处理真空工艺非真空工艺叠层合金化合物H2Se气氛Se气氛H2SeSe磁控溅射制备预制层：氩气靶材基底Cu、In、Ga原子Ar+CIG预制层辉光放电磁控溅射系统示意图工艺参数：气压、溅射功率、Ar流量、溅射顺序预制层的硒化：H2Se是最好的硒源,但具有毒性且容易挥发；固态Se作为硒源，Se压难以控制,在热处理过程中会导致In、Ga等元素的损失操作安全,设备简单。真空硒化退火装置示意图硒主要通过
6、扩散进入薄膜内部与金属预置层的Cu、In、Ga元素反应生成CuInxGa1-xSe2薄膜阴极：Mo/钠钙玻璃衬底阳极：Pt参比电极：饱和甘汞电极（SCE）控制参数：各成分浓度、PH、温度、电沉积电位电沉积时间CuCl2、InCl3、GaCl3、H2SeO3：柠檬酸钠络合剂LiCl：支持电解质2.3电化学沉积电解质溶液成分CIGS薄膜的电沉积制备通常被认为是在阴极上发生出如下反应:Cu+2+In+3+Ga+3+2H2SeO3+8H+→Cu(In,Ga)Se2+6H2O组成CIGS的四种元素电化学势如下:GaCl3SeCl
7、4CuCl2InCl345mM60mM7.5mM55mM温度时间阴极电位65℃150min-0.2到-2.2vReline试剂：氯化胆碱，尿素沉积条件:结果：2+μm的Cu1.0(In0.7,Ga0.3)Se2层，无微裂纹，光学性能良好。One-potelectrodeposition,characterizationandphotoactivityofstoichiometriccopperindiumgalliumdiselenide(CIGS)thinfilmsforsolarcells.J.Mater.Chem
8、(2010)Kwaketal.CrystalGrowth&Design,Vol.10,No.12,2010Kwaketal.CrystalGrowth&Design,Vol.10,No.12,20102.4纳米晶墨水印刷法该方法包括前驱物纳米晶墨水制备和薄膜的制作。优点：适于大规模应用均匀的化学组成高的制程良率高的材料利用率缺点:
