磁控溅射制备CIGS薄膜太阳能电池吸收层的研究

摘要

铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池因其光电转换效率高，成本比较低，工作性能较稳定而被认为是最有前途的薄膜电池，目前，CIGS薄膜太阳能电池的光电转换效率最高已经达到20.3％，是所有薄膜类电池之首。影响CIGS薄膜太阳能电池光电转换效率高低的关键在于其光吸收层质量的好坏，常见的吸收层的制备方法有:热蒸发法、溅射金属预置层后硒化法，电化学沉积法等。因其制备工艺复杂等原因使得CIGS薄膜太阳能电池大面积产业化还较为困难，所以，继续研究新的适用于大面积的CIGS吸收层制备方法有着非常重要的意义。
　　本文通过采用双层直流溅射的方式在钠钙玻璃基底上沉积得到Mo薄膜，采用射频磁控溅射的方法来溅射铜铟镓硒四元合金靶在镀有Mo的钠钙玻璃上沉积CIGS薄膜，采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、紫外可见光光度计、拉曼光谱测试仪等设备研究了工作气压和基底温度对CIGS薄膜性能的影响。
　　实验结果表明在实验设定的三种工作气压下由单靶磁控溅射沉积所得到的CIGS薄膜都具有(112)面择优取向。当工作气压为0.8Pa时，CIGS薄膜表面最为平整致密，晶粒大小最为均匀，同时通过EDX测试发现，该条件下所得薄膜各原子组分比符合高效吸收层的要求。并且通过紫外-可见光测试证明所得CIGS薄膜对可见光具有非常高的吸收率，适合作为高效率太阳能电池的吸收层材料。随着基底温度的不断增加，CIGS薄膜的结晶度也显著增加，并且与此同时，晶粒大小也增加了。当基底温度超过550℃时，可以获得晶粒大，结晶度好的CIGS薄膜。在基底温度为580℃，溅射功率100w，工作气压为0.8Pa时制备得到的CIGS吸收层质量最好，薄膜表面形态光滑致密，结构呈现黄铜矿结构。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 太阳能电池发展历史

1．2 太阳能电池工作原理

1．2．1 PN结

1．2．2 太阳能电池特性参数

1．3 太阳能电池的种类

1．3．1 硅太阳能电池

1．3．2 多元化合物薄膜太阳能电池

1．3．3 有机物太阳能电池

1．3．4 纳米晶染料敏化太阳能电池

1．4 铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池结构和工作原理

1．4．1 CIGS薄膜太阳能电池结构

1．4．2 CIGS薄膜太阳能电池工作原理

1．5 铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池光吸收层制备方法

1．5．1 共蒸发法

1．5．2 溅射金属预置层后硒化法

1．5．3 电化学沉积法

1．5．4 喷涂热解法

1．6 铜铟镓硒薄膜物理性质

1．7 本研究的主要内容和意义

第二章 实验仪器与表征方法

2．1 磁控溅射

2．2 多靶磁控共溅设系统

2．3 表征方法

2．3．1 X射线衍射

2．3．2 扫描电子显微镜

2．3．3 台阶仪

2．3．4 紫外可见分光光度计

2．3．5 拉曼光谱测试

2．4 实验准备工作

2．4．1 基底的清洗

2．4．2 沉积Mo薄膜

第三章 工作气压对溅射沉积铜铟镓硒薄膜形态和光学性能的影响

3．1 实验过程

3．2 实验结果与讨论

3．2．1 气压对薄膜晶体结构的影响

3．2．2 工作气压对薄膜表面的影响

3．2．3 气压对薄膜光学性能的影响

3．3 小结

第四章 基底温度对CIGS薄膜结构性能的影响

4．1 实验准备

4．2 实验结果与讨论

4．2．1 XRD分析

4．2．2 拉曼光谱分析

4．2．3 CIGS薄膜表面形态和成分分析

4．3 小结

第五章 总结

参考文献

硕士在读期间研究成果

硕士在读期间获奖情况

硕士在读期间参加会议

致谢