单靶磁控溅射制备CIGS薄膜-材料科学与工程专业论文.docxVIP

摘要 摘要 万方数据 万方数据 万方数据 万方数据 摘 要 铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池具有抗辐射能力强、光电转化效率高、工作 性能稳定等特点，是最有发展前景的太阳能电池之一。CIGS 光吸收层薄膜的主要 制备方法是多源共蒸发法和溅射-硒化法。用共蒸发法制备的 CIGS 器件的光电转 换效率已经达到 20.3%，是目前 CIGS 薄膜太阳能电池的最高转化效率纪录。但是 共蒸发法工艺难度大、成品率低、原料利用率低。溅射-硒化工艺不仅可大面制备 CIGS 薄膜，原材料利用率高，而且溅射法制备的前驱体薄膜致密性高，组分均匀 性好，元素的化学配比可调。缺点是硒化工艺耗时长、产率低。 鉴于目前 CIGS 光吸收层薄膜制备工艺的优缺点，本论文创新性的采用磁控溅 射 CIGS 四元化合物靶，并省去后硒化或退火处理，一步法制备 CIGS 薄膜。在此， 对 CIGS 薄膜的制备工艺进行了较为系统的探索研究，主要研究内容如下： (1)研究了背电极 Mo 层对 CIGS 层形貌和结晶性的影响。通过观察不同条件下 沉积的 Mo 层对 CIGS 层表面形貌、薄膜结晶性的影响，最终确定 Mo 层的最佳溅 射参数。 (2)以磁控溅射的衬底温度、溅射气压、靶基距和溅射功率这四个主要参数为 出发点，详细研究溅射参数对 CIGS 薄膜结晶性、表面形貌、薄膜致密度和薄膜生 长机理的影响。通过改善溅射参数，最终制备出结晶性好、平整致密的 CIGS 薄膜。 (3)首次观察到 CIGS 微米柱。在低溅射功率、高溅射气压、高衬底温度条件 下沉积的 CIGS 薄膜会出现直径在几百纳米到数微米的微米柱。通过 SEM 对 CIGS 微米柱进行形貌观察，并以此对其生长机理进行了探讨。 (4)研究 CIGS 薄膜太阳能电池的制备工艺，并制备出无镉 CIGS 薄膜太阳能电 池。对制备出的 CIGS 薄膜太阳能电池的输出特性进行测量，依据输出曲线对电池 制备工艺进行评析。 关键词：铜铟镓硒，单靶磁控溅射，CIGS 四元化合物靶，薄膜太阳能电池， CIGS 微米柱 I AB ABSTRACT AB ABSTRACT 万方数据 万方数据 万方数据 万方数据 ABSTRACT Copper indium gallium selenide (CIGS) thin film solar cell is one of the most promising solar cells for its strong radiation resistance, high conversion efficiency, stable performance, etc. The popular preparation processes of CIGS solar cell are co-evaporation and sputtering-selenization. The highest efficiency of CIGS solar cell is 20.3%, where the CIGS film is fabricated by co-evaporation. However, the co-evaporation method is very complex as well as low yielding and low utilization of raw materials. On the contrary, the CIGS layer can easily be produced in a large area with high utilization of raw materials by sputtering-selenization process. Furthermore, the CIGS film prepared by sputtering posses many desired properties such as high compactness, good composition uniformity and tunable elements ratio. But the post-selenization treatment is really a time-consuming process featured with low productivity. In this thesis, we try to synthesize the CIGS absorber layer by magnetron sputtering a single CIGS quaternary target with one-step process and omitting