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《E5率对CIGS吸收层前驱膜成分和结构的影响》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第27卷 第11期太 阳 能 学 报Vol127,No1112006年11月ACTAENERGIAESOLARISSINICANov1,2006文章编号:025420096(2006)1121108205溅射功率对CIGS吸收层前驱膜成分和结构的影响郑麒麟,庄大明,张 弓,李秋芳(清华大学机械工程系,北京100084)摘 要:采用中频交流磁控溅射方法制备了CuIn、CuGa和CIG合金膜。采用SEM和XRD观察和分析了各种薄膜的表面形貌、成分和组织结构。着重分析了靶功率密度对薄膜成分、晶体结构的影响。结果表明,通过调节靶功率密度,能精确控制薄膜中Cu、In、Ga比例。制备得到了C
2、uP(In+Ga)原子比接近1,且GaP(In+Ga)比例可调的成分分布均匀的CIG薄膜。CIG前驱膜是以Cu11In9为基础相,Ga原子主要是以替代In原子的固溶体形式存在。当溅射2CuIn和CuGa合金靶的功率密度分别为0126和0110WPcm时,可制备得到由Cu11In9和CuIn两相组成的理想的CIG前驱膜。关键词:CIGS;太阳能电池;磁控溅射;前驱膜中图分类号:TM615 文献标识码:A因此,本文采用中频交流磁控溅射方法交替溅射0 引 言CuIn和CuGa合金靶的工艺制备了CIG前驱膜。着CuInSe2(CIS)是具有黄铜矿结构的直接带隙半重考察了溅射靶功率密度
3、对CuIn、CuGa和CIG前驱5-1导体材料,吸收系数高达10cm。CIS中掺入适量膜成分和均匀性以及它们结构的影响。并对薄膜表的Ga部分替代In,形成的Cu(In1-xGax)Se2(CIGS)混面形貌进行了观察和分析。溶晶体其禁带宽度在1102～1170内可调。以CIGS1 实验方法为吸收层制成的薄膜太阳电池的转化效率已经达到[1]1912%。CIGS薄膜太阳电池具有制造成本低以及CuIn、CuGa、CIG前驱膜采用中频交流磁控溅射性能稳定等突出优点,被认为最有希望成为第三代沉积工艺制备。真空室为圆柱形腔体,腔体壁上配[2～4]太阳电池,极具发展前景。对于大面积生产太有两个
4、立式靶体(靶的有效面积为120mm×阳电池,CIGS薄膜的制备方法主要有多元共蒸法和250mm),两个靶位之间的张角为120°,靶体与基片[5,6]硒化法。硒化法是在衬底上先沉积CuInGa(CIG)架相对位置如图1所示。本文中两种靶材分别为合金前驱膜,然后在Se气氛中硒化形成CIGS薄膜。CuIn和CuGa合金靶,它们的CuPIn和CuPGa原子比CIG膜的成膜方法有很多,其中磁控溅射方法工艺分别为1∶1和0167∶1。将基片装载在可以旋转或顺[7,8]简便、元素成分易于控制,是很有效的成膜方法。逆摆动旋转的基片架上,通过基片正对某一个靶材研究发现,CIGS薄膜性能对CIG前驱
5、膜的成膜工艺或交替溅射,并结合调节可以独立控制的两个靶材非常敏感,其实质是CIG薄膜的成分和组织结构对的溅射功率,获得具有CuIn、CuGa和不同原子组成CIGS薄膜性能的影响。CIG前驱膜包含Cu、In、Ga3比例的CIG前驱膜。-3种元素,要求三者满足精确的化学计量比并且均匀溅射镀膜时,本底真空度为310×10Pa;工作分布,实际制备过程中较难控制。而且由于Ga为低气体为Ar,其压强为110Pa;基片为经过仔细清洗的熔点金属,故无法直接将3种金属单质直接混合制厚度为111mm的载波片,基片与靶面之间的距离为备靶材,这些都增加了制备理想CIG前驱膜的难度。50mm。制备CuIn
6、薄膜时,只溅射CuIn靶,选择3种 收稿日期:2005206209 基金项目:清华大学985基础研究基金项目(JC2003014)11期郑麒麟等:溅射功率对CIGS吸收层前驱膜成分和结构的影响1109靶功率密度;制备CuGa薄膜时,只溅射CuGa靶,选表3CIG薄膜试样编号及靶功率密度择5种靶功率密度;制备CIG薄膜时,CuIn靶功率密Table3SputteringpowerdensityfortheCIGfilmdeposition2试样编号C1C2C3C4C5度固定为0126WPcm,CuGa靶功率密度在0106到0125WPcm2之间选择5种水平。靶功率密度CuIn靶
7、0126-2PP(W·cm)CuGa靶01060110011501200125 采用JSM26460LV型扫描电子显微镜(SEM)分析薄膜成分及表面形貌。采用DPmax2RB型X射线衍射(XRD)仪(CuK,λ=0115418nm)分析薄膜的晶体结构。2 实验结果与讨论211 靶功率密度对合金膜成分的影响为了考察靶功率密度对CuIn、CuGa和CIG薄膜成分的影响,通过能谱分析(EDS)测试了薄膜中Cu、In、Ga的原子比。表4给出了分析结果。可以看图1 测射腔体俯视示意图出,
