cigs薄膜材料研究进展

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1、万方数据第34卷第l期JournalofSouthw西est南Un民iv族ers大ity学fo学rN报ati。on自al然itie墅sN学at版uralScienceEditionFeb．2008●文章编号：1003-2843(2008)01-0189-05CIGS薄膜材料研究进展肖健平1，何青2，陈亦鲜1，夏明1(1．西南民族大学电气信息工程学院，四川成都610041；2．南开大学光电子薄膜器件与技术研究所，天津300071)摘要：CIGS薄膜太阳电池具有低成本、高效率、性能稳定等优点，是最有发展前途的太阳能电池之一，受到

2、了广泛关注．阐述了CI(G)S材料特性，分别介绍了多种制备方法，其中着重介绍共蒸发三步法这一制备小面积高效率电池的通用方法和在产业化生产中更理想的溅射后硒化法．关键词：CIGS薄膜；共蒸发三步法；溅射后硒化中图分类号：056文献标识码：A1前言综观全球人类正面临着日益突出的能源匮乏和环境污染问题．如何提供一种能长久且安全使用的能源变成了目前最为迫切的议题．太阳能成为了未来能源的首选．其中CIGS薄膜太阳电池具有低成本、高效率、性能稳定等优点，受到了广泛关注，成为当今光伏领域研究的热点之一．ClGS电池的典型结构为：玻璃衬底、

3、(Mo)背电极层、(CIGS)吸收层、(CdS)缓冲层、双层结构的ZnO窗口层：本征znO(i-ZnO)层和掺Al低阻透明ZnO(AI：ZnO)层、铝电极．其中CIGS薄膜为光吸收层，是CIGS太阳电池的核心材料．制备高效CIGS电池的关键之一是要获得高质量的CIGS多晶薄膜．高质量的CIGS薄膜应该偏离材料化学计量比较小，具有单一黄铜矿结构，具有较好的致密性及较大的晶粒．这样材料的光学和电学特性就相应较好，从而有利于电池转换效率的提高．2CIS和CIGS材料特性CIS是I一Ⅲ一Ⅵ族化合物半导体材料．I一Ⅲ一Ⅵ族化合物半导体

4、是由Ⅱ一Ⅵ族化合物衍生而来，其中II族化合物可由I族(Cu)与ⅡI族(In)取代而形成三元化合物，当Cu与In原子规则地填入原来II族原子的位置后，阳离子在C轴方向有序排列，使C轴单位长度大约为闪锌矿结构的两倍，为一种四方晶系的结构，其晶体结构为黄铜矿结构，如图1所示．此种结构可视为两个闪锌矿结构的单元晶胞堆叠构成．由Cu2Se—In2Se3伪二元相图(图2)来看CulnSe2在700"C形成黄铜矿结构，且CulnSe2薄膜的组分可容许大约5m01％的变异，这意味着即使当薄膜组成偏离定比值薄膜的组分可容许薄膜的组分可容许大约

5、5m01％的变异，这意味着即使当薄膜组成偏离定比值[Cu：In：Se=l：1：2】相当的程度，只要在该组成区域范围内，就能具有黄铜矿结构及其相同的物理性质和化学性质．CulnSe2材料是直接带隙材料，具有高达6×105cm。1的吸收系数，这是到目前为止所有半导体材料中的最高值．具有这样高的吸收系数，也就是这样小的吸收长度对于太阳电池基区光子的吸收、少数载流子的收集有利，因而也对光电流的收集产生了非常有利的条件．一般Cu—rich的CIS薄膜由于CuhI原子错位和In空位缺陷的存在，所以导电类型为低电阻的P—type．而在In

6、—rich的CIS薄膜中，当se的组成接近50％时，其电性由Incu的原子错位和Cu空位来决定，即同时产生两种相反电性的缺陷，所以In—rich薄膜的导电特性为高补偿性、高电阻的N—type[2I．收稿日期：2007．11．10作者简介：肖1磐1z(1981．．)，女，西南民族大学电气信息工程学院助理实验师．万方数据190西南民族大学学报·自然科学版第34卷a)b)图lCIS的结构，表示Se原子，表示Cu原子或In原子【。L。王芏，：亚l。l亟．盘衄r020406080100Cu#emole％址s气图2Cu2Se--In2S

7、e3伪二元相图CuInSe2的能隙值大约leV低于理想的太阳能谱值．以CulnSe2为主的太阳电池可靠加入Ga形成Cu(In，Ga)Se2的主吸收层，增加吸收层的能隙值．CulnSe2的能隙值为1．04eV,CuGaSe2的能隙值为1．68eV,Cu(In，Ga)Se2其能隙值依据下列公式增加【3l：Eg(x)=(1一x)Eg(cIS)+xEg(cGs)-bx(1一X)x为Ga的含量，1-x为In的含量，b值的大小为O．15—0．24eV．此外由Cu2Se—Ga2Se3的伪二元相图来看，CuGaSe2薄膜组分可容许大约7m0

8、1％的变异．3CIGS材料制备技术CIGS吸收层的制作方法很多，这些沉积制备方法包括：蒸发法、后硒化法、电镀法、喷涂热解法和丝网印刷等．蒸发法：蒸发法是借助被蒸发物体加热，利用被蒸发物在高温时所具备的饱和蒸汽压，来进行薄膜沉积的．万方数据第1期肖健平等：CIGS薄膜材料研究进展19l共蒸发