真空單靶磁控濺射法制備銅銦鎵硒薄膜.pdf

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1、真空單靶磁控濺射法制備銅銦鎵硒薄膜CIGSfilmspreparedbyone-steppulsedDCmagnetronsputtering白天睿大連交通大學(xué)DALIANJIAOTONGUNIVERSITY分類(lèi)號(hào)：學(xué)校代號(hào)：10150UDC：密級(jí)：學(xué)號(hào)：20122002碩士學(xué)位論文真空單靶磁控濺射法制備銅銦鎵硒薄膜CIGSfilmspreparedbyone-steppulsedDCmagnetronsputtering學(xué)生姓名：白天睿導(dǎo)師及職稱(chēng)：柴衛(wèi)平教授劉超前副教授學(xué)科門(mén)類(lèi)：工學(xué)專(zhuān)業(yè)名稱(chēng)：材料科學(xué)與工程研究方向：光電材料與

2、器件申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：碩士論文答辯日期：2015年6月1日學(xué)位授予單位：大連交通大學(xué)I大連交通大學(xué)學(xué)位論文獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝及參考文獻(xiàn)的地方外，論文中不包含他人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果，也不包含為獲得大連交通大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或鉦書(shū)而使用過(guò)的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說(shuō)明并表示謝意。本人元全思識(shí)到本戶(hù)明的法律效力，申請(qǐng)學(xué)位論文與資料若有不實(shí)之處，由本人求擔(dān)一功相關(guān)責(zé)任。學(xué)位論文

3、作者簽名：t肩大連交通大學(xué)學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū)本學(xué)位論文作者完全了解大連交通大學(xué)有關(guān)保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)及保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：研究生在校攻讀學(xué)位期間論文工作的知識(shí)產(chǎn)權(quán)單位屬大連交通大學(xué)，本人保證畢業(yè)離校后，發(fā)表或使用論文工作成果時(shí)署名單位仍然為大連交通大學(xué)。學(xué)校有權(quán)保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件及其電子文檔，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)大連交通大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入學(xué)校有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)和收錄到《中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù)》、《中國(guó)優(yōu)秀碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù)》進(jìn)行信息服務(wù)，也可以采用影印、縮印或掃描等

4、復(fù)制手段保存或匯編本學(xué)位論文。(保密的學(xué)位論文在解密后應(yīng)遵守此規(guī)定）學(xué)位論文作者簽名：4導(dǎo)師簽名：日期：年〈月"日日期：<月"日摘要Cu(In,Ga)Se2(CIGS)薄膜太陽(yáng)電池以其高效、低成本、抗輻射能力強(qiáng)、壽命長(zhǎng)等優(yōu)良特性引起了人們?nèi)找鎻V泛的關(guān)注。在薄膜制備方法中，磁控濺射技術(shù)是一種被普遍采用的方法，因此，本文采用單靶直流脈沖磁控濺射技術(shù)制備CIGS薄膜，系統(tǒng)地研究沉積過(guò)程中的相關(guān)制備參數(shù)對(duì)CIGS薄膜性能的影響情況。本文在制備CIGS薄膜的過(guò)程中，主要研究電源參數(shù)，如濺射功率、濺射頻率，以及基底溫度等對(duì)薄膜物相結(jié)構(gòu)、擇優(yōu)

5、取向狀態(tài)、成份、電學(xué)性能等的影響規(guī)律與機(jī)制。關(guān)于電源參數(shù)(即濺射功率和濺射頻率)對(duì)CIGS薄膜狀態(tài)及性能影響的研究表明，沉積速率(對(duì)應(yīng)沉積電流)會(huì)嚴(yán)重影響薄膜的擇優(yōu)取向狀態(tài)，當(dāng)沉積速率大于22.5nm/min時(shí)，所制備的CIGS薄膜具有(220)/(204)擇優(yōu)取向。此外，沉積速率及沉積電壓均對(duì)薄膜的成份及電學(xué)性能具有重要影響。結(jié)果表明，即使未對(duì)基底加熱，薄膜均具有單一的黃銅礦結(jié)構(gòu)，所有沉積的CIGS薄膜的成份含量均偏離于靶材的成份含量；沉積速率對(duì)于Se元素和Ga的含量影響較小，但隨沉積速率增加，In元素含量明顯增加、而Cu元素

6、含量明顯降低；當(dāng)濺射電壓降低時(shí)，薄膜中Se元素和Ga元素含量明顯增加，但I(xiàn)n元素含量降低。基于單一元素濺射產(chǎn)額的半經(jīng)驗(yàn)公式，對(duì)薄膜中各元素含量隨濺射電壓的變化進(jìn)行了模擬估算，且模擬結(jié)果基本與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符合。鑒于模擬結(jié)果推測(cè)，影響薄膜中各元素含量的主要因素是各組元的本征屬性，如表面束縛能(或升華能)、原子序數(shù)、原子質(zhì)量等。關(guān)于電學(xué)性能的研究表明，當(dāng)薄膜為貧Cu或接近化學(xué)計(jì)量比時(shí)，薄膜的載流子濃度較低，具有較高的電阻率。在磁控濺射制備CIGS薄膜的過(guò)程中，CIGS的晶化狀態(tài)對(duì)其性能也起著至關(guān)重要的作用。本論文設(shè)計(jì)了一種新穎的基底加熱

7、方式，進(jìn)一步研究了不同的基底溫度對(duì)CIGS薄膜性能的影響。結(jié)果表明，在基底溫度不超過(guò)400oC時(shí)，樣品的物相結(jié)構(gòu)為單一的黃銅礦結(jié)構(gòu)。尤其是基底溫度為400oC時(shí)，獲得了具有較大晶粒、較為致密的CIGS薄膜。當(dāng)基底溫度為450oC時(shí)，薄膜形貌較為疏松。研究還表明，當(dāng)基底溫度在室溫至400oC范圍內(nèi)，薄膜中的成份基本沒(méi)有變化。此外，當(dāng)未施加基底溫度時(shí)，薄膜中擇優(yōu)取向?yàn)?220)/(204)；當(dāng)基底溫度大于100oC時(shí)，薄膜中的擇優(yōu)取向轉(zhuǎn)變?yōu)?112)。關(guān)鍵詞：CIGS薄膜；單靶磁控濺射；電源參數(shù)；基底溫度；擇優(yōu)取向AbstractC

8、u(In,Ga)Se2(CIGS)thin-filmsolarcellsattractsgrowingattention.withhighefficiency,lowcost,anti-radiationandotherexcellentfeatures.Mag