銅銦鎵硒（CIGS）太陽(yáng)電池薄膜材料應(yīng)力的研究.pdf

1、摘要摘要薄膜應(yīng)力是薄膜生產(chǎn)、制備中的普遍現(xiàn)象，各種沉積方法制備薄膜都處于某種應(yīng)力狀態(tài)之中。薄膜應(yīng)力的存在不僅會(huì)直接導(dǎo)致薄膜的開(kāi)裂、脫落，而且會(huì)作用于基體，使基體發(fā)生形變，從而影響以薄膜材料為基礎(chǔ)的半導(dǎo)體器件的性能。本論文首次針對(duì)clGS薄膜太陽(yáng)電池各層材料的應(yīng)力進(jìn)行較系統(tǒng)地研究，對(duì)單質(zhì)金屬薄膜、二元氧化物薄膜和四元化合物薄膜的應(yīng)力，從微觀結(jié)構(gòu)的角度對(duì)應(yīng)力隨沉積條件的變化規(guī)律及形成機(jī)制進(jìn)行分析，提出了一些改善應(yīng)力的具體措施。銅錮稼硒(cI

2、Gs)薄膜太陽(yáng)電池本身屬于多元化合物半導(dǎo)體器件，由于具有效率高、穩(wěn)定性好(無(wú)衰退)等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是最有發(fā)展前景的光伏器件之一。該電池是由六層半導(dǎo)體薄膜和金屬薄膜構(gòu)成，各層薄膜在制備中產(chǎn)生的應(yīng)力，以及膜與膜之間的應(yīng)力匹配直接影響著CIGS太陽(yáng)電池的轉(zhuǎn)換效率和器件的成品率。因此，解決cIGS薄膜太陽(yáng)電池的應(yīng)力問(wèn)題是研究此電池的難點(diǎn)和重點(diǎn)之一。clGS太陽(yáng)電池的背電極M。薄膜易彎曲、脫落，吸收層CIGS薄膜的應(yīng)力問(wèn)題特別是在柔性襯底電池中更為

3、明顯，窗口層ZAO薄膜的應(yīng)力過(guò)大會(huì)使前面工藝沉積的所有薄膜剝落到底。本論文重點(diǎn)研究這三層薄膜的應(yīng)力及他們之間的界面應(yīng)力。因此，我們希望通過(guò)研究cIGS太陽(yáng)電池各層材料的應(yīng)力，了解應(yīng)力在薄膜中的作用機(jī)理，以提高CIGS薄膜電池性能，為后續(xù)產(chǎn)業(yè)化大面積生產(chǎn)莫定基礎(chǔ)。論文共分七章，引言敘述了CIGS薄膜太陽(yáng)電池的結(jié)構(gòu)和制備工藝，指出cIGS太陽(yáng)電池各層薄膜內(nèi)普遍存在應(yīng)力問(wèn)題。對(duì)本論文的研究?jī)?nèi)容、意義及創(chuàng)新點(diǎn)做了簡(jiǎn)要概述。第二章闡述了薄膜應(yīng)力的

4、物理知識(shí)，包括薄膜應(yīng)力的研究進(jìn)展，薄膜應(yīng)力的分類和成因，介紹了薄膜應(yīng)力的研究模型和測(cè)試原理。第三章系統(tǒng)研究了單質(zhì)金屬M(fèi)o薄膜的應(yīng)力。在Mo薄膜的制備工藝中發(fā)現(xiàn)M。薄膜的應(yīng)力與生長(zhǎng)階段密切相關(guān)，在生長(zhǎng)初期，薄膜表現(xiàn)出拉應(yīng)力。隨厚度的增加，Mo薄膜中的殘余內(nèi)應(yīng)力有一個(gè)從拉應(yīng)力向壓應(yīng)力的變化過(guò)程。采取了摘要薄膜與clGS薄膜界面晶格失配度最大，因此該界面處應(yīng)力最大。蒸發(fā)法制備的cIGS薄膜的拉應(yīng)力緩解了總應(yīng)力，因此共蒸發(fā)比濺射后硒化制備的CI