共蒸发三步法制备CIGS薄膜的性质.pdfVIP

第27 卷 第 8 期 Vol. 27 No. 8 2006 年8 月 CH INESE JOURNAL OF SEM ICONDUCT ORS Aug. , 2006 CIGS*  敖建平 孙 云 王晓玲 李凤岩 何 青 孙国忠 周志强 李长健 ( 南开大学光电子薄膜器件与技术天津市重点实验室, 光电信息技术重点实验室( 南开大学, 天津大学) , 天津 300071) : 采用PID 温度控制器控制共蒸发设备中蒸发源及衬底加热的温度, 以三步法工艺制备 CIGS( Cu( In, Ga) Se ) 薄膜, 过恒功率加热衬底测试温度的变化, 可实现在线组分监测, 得到 CIGS 薄膜的组成重现性很好. CIGS 2 薄膜的表面光洁, 粗糙度多数小于 10nm. 但是组成相同的CIGS 薄膜, 其结晶择优取向可能不同, 主要有( 112) 和 ( 220) / ( 20 ) 两种; 其结晶形貌也有很大的不同, 晶粒粗大且成柱状的薄膜电池效率高, 虽然从 Cu/ ( In+ Ga) 1 的 组成可以认为CIGS 薄膜为贫 Cu 结构, 但H all 测试多数CIGS 薄膜呈p 型, 少数呈 n 型. : 共蒸发; Cu( In, Ga) Se ( CIGS) ; 三步法工艺; 薄膜太阳电池 2 PACC: 73 0L; 7360F; 7360L : TM91 1 : A : 0253- 177( 2006) 08- 1 06-06 薄膜, 化学水浴法制备CdS 薄膜, 电池效率最高达 1 到121 10% [ 5, 6] . 但是, 共蒸发制备CIG S 设备的可 控性和重现性差. Cu( In, Ga) Se2 ( 简称CIGS) 化合物半导体材料 本文在前期研究的基础上, 进一步改进了蒸发 具有直接带隙结构, 吸收系数高、稳定性好, 是制备 源及衬底加热装置的结构, 利用PID 温度控制仪控 高效薄膜太阳电池最有前途的材料之一. 用真空蒸 制各蒸发源和衬底加热器, 使CIGS 共蒸发过程的 发沉积( PVD) 的CIGS 基薄膜太阳电池的光电转换 温度可以精确控制. 以共蒸发三步法制备的CIGS 效率已达到了1915%[ 1] , 是所有薄膜太阳电池中最 薄膜, 其中第二步和第三步采用恒功率加热衬底, 使 高的. 制备CIGS 薄膜的方法很多, 目前使用较多的 设备的可控性及重现性大大提高. 同时, 研究了工艺 是共蒸发法和后硒化法. 共蒸发法是在真空室内用 参数对CIGS 薄膜的性质和电池输出特性的影响. 四个以上的独立蒸发源同时向衬底蒸发Cu, In, Ga 和Se, 反应沉积CIGS 薄膜. 蒸发过程的控制是制备 2 CIGS 薄膜的关键, 一般可 过控制蒸发源的温度 或蒸发速率来实现. 蒸发速率的控制 常采用原子 吸收法或荧光光谱法, 这些方法精确可靠、重现性 制备CIG S 薄膜的真空系统为DM- 50A 型真 - 好, 但是设备造价高; 蒸发源温度的控制比较简单, 空镀膜机, 本底极限真空度为2 @ 10 Pa. 在真空室 设备成本低, 但是可靠性和重现性差. 199 年, 美国