基于玻璃襯底的高效率CIGS薄膜太陽電池的制備和研究.pdf

1、本研究采用磁控濺射法沉積鉬(Mo)薄膜，并作為背電極應(yīng)用于銅銦鎵硒(Cu(In1-xGax)Se2，簡寫為CIGS)薄膜太陽電池。系統(tǒng)研究沉積工藝如沉積壓強和沉積功率對Mo薄膜各種材料特性包括晶體結(jié)構(gòu)、光學(xué)性質(zhì)、電學(xué)性質(zhì)以及表面形貌等影響及其它在CIGS薄膜太陽電池中的作用。研究結(jié)果表明：Mo薄膜的動態(tài)沉積速率隨著沉積功率的增加而增加，隨著沉積壓強的升高而降低。當(dāng)沉積壓強為0.15 Pa，沉積功率為1200 W時，所沉積的Mo薄膜的動態(tài)

2、沉積速率最高，為15.1 nm.m/min。由于在低氣壓、高功率的條件下沉積的Mo薄膜致密性比較好，同時晶粒尺寸也比較大，所以具有比較低的電阻率，其中沉積功率為1200 W，沉積壓強為0.15 Pa的樣品的電阻率3.7×10-5Ω.cm。沉積功率和沉積壓強對Mo薄膜的性質(zhì)有比較大的影響。將不同沉積條件的Mo薄膜采用相同的工藝制備成CIGS薄膜太陽電池器件，其中沉積壓強為0.15 Pa，沉積功率為1200 W的Mo薄膜對應(yīng)的電池器件的效率

3、最高，為12.5％。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴采用三步多源共蒸發(fā)法沉積CIGS薄膜太陽電池中的CIGS吸收層，系統(tǒng)地研究了銅(Cu)和Ⅲ族元素[銦（In）和鎵(Ga)]的原子比率[Cu/(In+Ga),簡寫為CGI]、鎵(Ga)和Ⅲ族元素的原子比率[Ga/(In+Ga),簡寫為GGI]以及襯底溫度對CIGS吸收層材料特性以及CIGS薄膜太陽電池器件性能的影響。⑵隨著CGI的增加，CIGS吸收層的Raman散射(簡寫為Raman)

4、特征峰和X射線衍射(簡寫為XRD)特征峰都整體向左偏移。由于液相輔助結(jié)晶的作用，CIGS吸收層的晶粒尺寸隨著 CGI的增加而增大。通過電流-電壓(簡寫為 I-V)特性曲線測試發(fā)現(xiàn)，隨著CGI的增加，其對應(yīng)的CIGS薄膜太陽電池的開路電壓，短路電流和光電轉(zhuǎn)化效率都呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢，而填充因子則呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢。CGI等于0.87時獲得轉(zhuǎn)換效率最高的CIGS薄膜太陽電池。⑶隨著GGI的增加，CIGS吸收層的Raman特征峰和XRD特

5、征峰都向右偏移。由于在沉積CIGS薄膜的過程中Ga的擴散速度比In的慢，所以，隨著GGI的增加，CIGS吸收層的晶粒尺逐漸減小，同時其致密性逐漸變差。通過I-V特性曲線測試發(fā)現(xiàn)，CIGS薄膜太陽電池的開路電壓隨著GGI的增加而增加，短路電流和填充因子隨著CGI的增加而減小，當(dāng)GGI大于0.324時，CIGS薄膜太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率明顯降低。⑷在沉積CIGS薄膜的過程中，隨著襯底溫度的升高，CIGS吸收層對應(yīng)的XRD特征峰的半峰寬逐漸變