CIGS薄膜太阳能电池的制备.ppt

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1、CIGS薄膜太阳能电池的制备报告人：王满小组成员：何庆吴敏李纪高韶华游志成内容概要CIGS薄膜太阳能电池的介绍太阳能电池工作机理CIGS薄膜几种常规的制备方法总结CIGS太阳能电池材料CIGS薄膜材料是一种重要的太阳能光电材料优点这种材料的光吸收吸收系数较大，达到105cm-1，而且只需1-2um厚的薄膜就可以吸收99%以上的太阳光，节省原材料，符合资源节约型社会的建设。随着Ga/In+Ga的比例不同，其禁带宽度可以在1.0ev到1.7ev之间变化，有利于叠层太阳能电池的制备。且光电转换效率高，目前已正式报道的转换效率高达19.5%。缺点由于CIGS薄膜材料是多元组成的，元素配比敏

2、感，多元晶体结构复杂，与多层界面配比困难，使得材料制备精度要求、重复性要求和稳定性要求都很高，因此材料制备的技术难度高。CIGS薄膜太阳能电池的结构Al栅极：顶电极（负极）ZnO(Al):窗口层（500nm）i-ZnO:异质结N层(50nm)CdS:缓冲层(50nm)p-CIGS:异质结P层(2000nm)Mo:背电极（800nm）太阳能电池工作原理在光照下在P-N结处产生空穴电子对，这样空穴就向下扩散，电子向上扩散，这样就产生了电流几种常见的制备CIGS薄膜的方法蒸发法—分为一步法、两步法和三步法一步法：就是多源共蒸法，一次完成CIGS薄膜两步法：第一步是在500℃的衬底温度下共

3、蒸发Cu、In、Ga、Se形成CIGS/CuxSe，为共蒸发阶段;第二步，将衬底温度升高到550℃后，同时蒸发In、Ga、Se，形成CIGS薄膜c)三步法：第一步沉底温度为350℃左右蒸发In和Ga，形成In2Se3、Ga2Se3。三族硒化物，第二步在沉底温度为560℃左右蒸发Cu，形成富Cu的CIGS薄膜;第三步沉底温度仍为560℃左右蒸发少量In和Ga，不但消除了表面的Cu2-xSe，而且表层形成了富Ga、In的硒化物，形成有序缺陷层，为过渡层的二族的Gd原子扩散掺杂提供了空位，形成强N型的浅埋结，有效地改善异质结界面特性，而且可实现表面Ga的梯度分布，修正能带失调置△Ec，减

4、少载流子的界面复合，提高电池的开路电压共蒸发试验室设备示意图蒸发法的优点金属元素在不同衬底温度下的硒气氛中反应蒸发，边蒸发边反应，不仅结晶状态好，形成柱状的大晶粒，而且金属Ga很容易掺杂，并可按照要求梯度分布，由此形成能带结构为抛物线结构，目前CIGS电池转换效率的世界记录19.5%、填充因子的最高记录81.1%都是由此方法制备的缺点工业化生产不容易实现精确控制元素的蒸发量，以保证合适的元素配比以及大面积的均匀性，因此对蒸发设备要求极高溅射硒化法分为两个过程，即溅射金属预制层和后硒化两个阶段。金属预制层首先是在覆盖钼薄膜的玻璃衬底上溅射沉积Cu、In、Ga预制层。硒化一般采用固态硒

5、化源进行硒化。优点成本低、安全无毒、设备和工艺容易实现，得到人们广泛的关注。缺点CIGS的薄膜中的Ga的浓度难以实现V型的分布，必须通过增加硫化工艺，利用部分的S代替Se。虽然硫化工艺能使Ga成V型分布，但是容易在CIGS薄膜界面和晶界中生成CuSe二元相，增加了载流子的复合，降低了电池的光电转换效率。光硒化法制备CIGS薄膜材料工艺路线光硒化法是在后硒化法基础上，在玻璃表面上溅射金属Mo作为寸底，Ga层采用蒸发的方法，Cu，In层的沉积采用溅射法合成膜，按照原子的配比分别控制Cu，In，Ga薄膜厚度比，在后硒化处理时增加特定光源光照，在光能和加热的同时进行硒化法处理。光硒化法制备

6、CIS与CIGS薄膜的工艺流程光硒化法制备CIS与CIGS薄膜的设备的构造图Ga的蒸发预抽真空到2×10-3Pa，移动携带寸底的（玻璃+Mo）的小车到正对Ga舟的位置，寸底温度保持室温，缓慢加热Ga舟至发红透亮且Ga呈熔融态，温度在700℃时开始蒸发Ga，时间大约是10分钟左右，其厚度在100nm左右In和Cu的溅射在Ar气压强为3.0Pa左右，寸底温度在室温条件下，调节溅射功率，对Cu、In靶进行10分钟的预溅射，然后在In靶位置来回移动小车，扫描30趟，溅射510nm的In，然后在Cu靶位置来回扫描4趟，溅射120nm的Cu。最后盖上挡板。硒化打开光源加热Se源使温度升到180

7、℃左右关闭光照，Se开始蒸发，此时将小车移到Se源的上方，寸底温度保持在室温2-3分钟后，寸底开始加热，当寸底温度升至300℃，再次打开光照。并在寸底温度达到450℃的时候再次关闭光源。此时依靠寸底加热器的烘烤和Se源本身的热容量，Se源温度保持在210℃左右，寸底温度继续升高到500℃左右，硒化30分钟，再将寸底加热温度调小缓慢降至450℃时关闭加热器，同时小车移出Se源位置。这时就得到我们所需的CIGS膜。总结从以上的几种制备CIGS多晶薄膜的方法来看，它们都有自