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《銅銦鎵硒(CIGS)薄膜的制備.ppt》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在應(yīng)用文檔-天天文庫。
1、銅銦鎵硒（CIGS）薄膜的制備Members:崔厚磊葛軍樊向前孔慶路Reporter:范曉ShanghaiInstituteofCeramics,SICCAS內(nèi)容介紹1、引言2、CIGS薄膜制備的幾種主要方法3、方法比較及展望1.引言1.1背景1.2CIGS簡介1.3CIGS薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)1.4CIGS太陽能電池的優(yōu)勢及應(yīng)用1.1背景太陽能電池發(fā)電原理1.2CIGS簡介CulnSe2(CIS)屬于I–III–VI族化合物，屬于正方晶系黃銅礦結(jié)構(gòu)，具有復(fù)式晶格，晶格常數(shù)a=0.577nm，c=1.154nm。CIS中
2、引入Ga部分替代In形成CIGS(CuInxGa(1-x)Se2)，它是直接帶隙半導(dǎo)體材料，帶隙可在一較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。作為光的吸收層，CIGS是薄膜電池的核心材料，CIGS晶體黃銅礦結(jié)構(gòu)示意圖多元相圖1.3CIGS薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)CIGS電池中異質(zhì)結(jié)能帶結(jié)構(gòu)圖不同材料的光吸收系數(shù)1.4CIGS太陽能電池的優(yōu)勢及應(yīng)用性能優(yōu)點導(dǎo)體禁帶能隙在1.0~1.7eV之間可調(diào)吸收系數(shù)高，達(dá)到105cm-1與緩沖層CdS有良好的晶格匹配直接能隙，具有光子再循環(huán)效應(yīng)沒有光致衰退效應(yīng)適應(yīng)多種襯底材料“下一時代非常有前途的新型薄膜太陽電池
3、”。應(yīng)用貼在汽車上的CIGS太陽能電池2.CIGS薄膜材料的制備方法真空工藝：多源共蒸發(fā)法濺射后硒化法分子束外延法化學(xué)氣相沉積非真空工藝：電化學(xué)沉積旋涂涂布法絲網(wǎng)印刷法噴墨打印法2.1多源共蒸發(fā)法共蒸發(fā)是典型的物理氣相沉積工藝(PVD)。根據(jù)薄膜沉積過程,共蒸發(fā)可分為一步法、兩步法和三步法。共蒸發(fā)試驗室設(shè)備示意圖In-Ga-Se預(yù)置層表面富Cu的CIGS薄膜稍微貧銅的p型CIGS源物質(zhì)三步共蒸發(fā)法工藝路線等化學(xué)計量比的CIGS1、基底溫度較低的情況下(400℃)蒸發(fā)In、Ga、Se形成一層In-Ga-Se預(yù)置層?？刂圃?/p>
4、子比例In:Ga=0.7∶0.3,In+Ga/Se=2:3;3、少量的In,Ga,Se沉積以形成少量貧銅的CIGS薄膜。2、升高基底溫度到570℃,蒸發(fā)Cu、Se。借助低熔點的Cu2-xSe，形成表面富Cu的CIGS薄膜。(In,Ga)(g)+Se(g)→(In1-xGax)2Se3(s)(1)(In1-xGax)2Se3(s)+Cu(g)+Se(g)→Cu(In,Ga)Se2(s)(2)Cu(In,Ga)Se2(s)+CuxSe+(In,Ga)(g)+Se(g)→Cu(In,Ga)Se2(s)(3)Prog.Phot
5、ovolt:Res.Appl.2008;16:235–2392.2濺射后硒化法Cu-In-Ga預(yù)制層的沉積預(yù)制層硒化法預(yù)制層硒化熱處理真空工藝非真空工藝疊層合金化合物H2Se氣氛Se氣氛H2SeSe磁控濺射制備預(yù)制層：氬氣靶材基底Cu、In、Ga原子Ar+CIG預(yù)制層輝光放電磁控濺射系統(tǒng)示意圖工藝參數(shù)：氣壓、濺射功率、Ar流量、濺射順序預(yù)制層的硒化：H2Se是最好的硒源,但具有毒性且容易揮發(fā)；固態(tài)Se作為硒源，Se壓難以控制,在熱處理過程中會導(dǎo)致In、Ga等元素的損失操作安全,設(shè)備簡單。真空硒化退火裝置示意圖硒主要通過
6、擴(kuò)散進(jìn)入薄膜內(nèi)部與金屬預(yù)置層的Cu、In、Ga元素反應(yīng)生成CuInxGa1-xSe2薄膜陰極：Mo/鈉鈣玻璃襯底陽極：Pt參比電極：飽和甘汞電極（SCE）控制參數(shù)：各成分濃度、PH、溫度、電沉積電位電沉積時間CuCl2、InCl3、GaCl3、H2SeO3：檸檬酸鈉絡(luò)合劑LiCl：支持電解質(zhì)2.3電化學(xué)沉積電解質(zhì)溶液成分CIGS薄膜的電沉積制備通常被認(rèn)為是在陰極上發(fā)生出如下反應(yīng):Cu+2+In+3+Ga+3+2H2SeO3+8H+→Cu(In,Ga)Se2+6H2O組成CIGS的四種元素電化學(xué)勢如下:GaCl3SeCl
7、4CuCl2InCl345mM60mM7.5mM55mM溫度時間陰極電位65℃150min-0.2到-2.2vReline試劑：氯化膽堿，尿素沉積條件:結(jié)果：2+μm的Cu1.0(In0.7,Ga0.3)Se2層，無微裂紋，光學(xué)性能良好。One-potelectrodeposition,characterizationandphotoactivityofstoichiometriccopperindiumgalliumdiselenide(CIGS)thinfilmsforsolarcells.J.Mater.Chem
8、(2010)Kwaketal.CrystalGrowth&Design,Vol.10,No.12,2010Kwaketal.CrystalGrowth&Design,Vol.10,No.12,20102.4納米晶墨水印刷法該方法包括前驅(qū)物納米晶墨水制備和薄膜的制作。優(yōu)點：適于大規(guī)模應(yīng)用均勻的化學(xué)組成高的制程良率高的材料利用率缺點:
