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CIGS薄膜太阳能电池板的制备-多元共蒸法

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CIGS薄膜太阳能电池板的制备-多元共蒸法

发布日期:2018-06-21 00:00 来源:金沙官网 点击:

   目前,最高转换效率的CICS薄膜电池是实验室规模的共蒸法制造出来的。Cu、In、Ga和Se蒸发源提供成膜时的四种元素。原子吸收谱(AAS)和电子碰撞散射谱(EEIS)等用来实时监测薄膜成分及蒸发源的蒸发速率等参数,对薄膜生长进行精确控制。高效CICS太阳电池沉积时的衬底温度般高于530℃,而每个蒸发源的温度必须个别调整,以控制元索的蒸发速率,进而控制所沉积出Culn1-x,.GaX,Se2薄膜的化学计量比。通常,Cu靶的温度为1300 - 1400℃,靶温度为1000 ~ 1100℃,Ca粑温度为1150~ 1250℃ ,Se靶温度为300 ~ 350℃

  Cu、ln和Ca在基板上的黏附系数相当高,所以利用Cu、In和Ca的原子流通量就可以控制博膜组成及成长速率。In与Ga的相对组成比例界定了带院的大小。Se具有很高的蒸气压和较低的黏附系数,所以挥发出来的Se的原子流通量必须大于Cu、In和Ca的总量,过量的Se会从薄胶表面再次蒸发。如果Se的量不足,便会导致In和Ca以In,Se和Ca,Se的形态损失掉。通过对CICS薄膜生长动力学的研究,发现Cu蒸发速率的变化强烈影响薄膜的生长机制。根据Cu的蒸发过程,共蒸法工艺可以分为一步法、两步法和三步法。因为Cu在薄膜中的扩散速度足够快,所以无论采用哪种工艺,在薄膜的厚度中,基本呈均匀分布

  一步法就是在沉积过程中,保持四种蒸发源的流量不变,这种I艺控制相对简单,适合商业化生产,但所制备的薄膜晶粒尺寸小且不形成梯度带隙。

  两步法工艺又称Boeing双层工艺,衬底温度和蒸发源流量变化曲线先在衬底温度为400~450℃时,沉积第层富Cu的CIGS薄膜,该层具有小的晶粒尺寸和低的电阻率。第二层薄膜是在高衬底温度(550℃)下沉积的贫Cu的CIGS海膜,这层膜具有大的晶粒尺寸和高的电阻率。在该工艺过程中,CIGS薄膜表面被Cu、Se覆盖,在高于523℃时,该物质以液相存在,这将增大组成原子的迁移率,最终获得大晶粒尺寸的薄膜

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  三步法工艺过程。首先,在衬底温度为250 ~ 300℃时,用共蒸法使90%的In 、Ga和Se元素形成( Ing ,Ca3)2Se,预制层,Se/(In +Ga)流量比大于3;第二步,在衬底温度为550 - 580C时蒸发Cu .Se,直到薄膜稍微富Cu时结束;第三步,在保持第二步衬底温度条件下,共蒸剩余10%的In 、Ga和Se,在薄膜表面形成富In的薄层,并最终得到接近化学计算比的CuIn0.7,Ca0.3,Se2薄膜,该工艺所制备的薄膜表面光滑、晶粒紧凑、尺寸大且存在着Ca的双梯度带隙,最终使得CIGS太阳电池的转换效率较高

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