不同成分比例CIGS薄膜及太阳电池的快速退火

研究了110~180 ℃(2 min)下的快速热退火对Cu(In,Ga)Se2(CIGS)薄膜特性及CIGS太阳电池性能的影响.结果表明:对于不同成分比例的CIGS(正常、富Cu、高Ga)电池来说,150 ℃,2 min的快速退火最利于电池性能及二极管特性的增加.其中,退火对富Cu电池的开路电压Voc改善最大,这是因为快速热退火对消除部分CIGS薄膜中的CuSex有积极作用,从薄膜的电阻率有少量提高,器件的短路电流Jsc有少量下降可以得到验证;而对于高Ga电池来说,填充因子FF的改善最大,这是因为高Ga样品的缺陷较多,退火会消除薄膜内部的部分缺陷,从而薄膜的迁移率及Jsc都有所提高,使得FF有较大的增加.     

Cu(In,Ga)Se2太阳能电池快速热退火效应

利用光致发光（PL）分析快速热退火对Cu(In,Ga)Se2 (CIGS)电池的影响,研究退火对薄膜缺陷的影响。Cu(In,Ga)Se2电池的PL谱中总共有 7个峰,即2个可见波段峰和5个红外波段峰。退火温度较低,可减少薄膜体内缺陷,提高载流子浓度,改善薄膜质量;退火温度过高,则会引起正常格点处元素扩散,元素化学计量比改变,体内缺陷增加,吸收层带隙降低,反而会对CIGS薄膜造成破坏。     

Cu元素对Cu(In,Ga)Se_2薄膜及太阳电池的影响

Cu元素成分对Cu(In,Ga)Se2(简称CIGS)薄膜材料的电学性质及其电池器件性能有很重要的影响.本文利用蒸发法制备了贫Cu和富Cu的CIGS吸收层(0.7Cu/(Ga+In)1.15)及相应的电池器件.扫描电镜和Hall测试发现,富Cu材料的结构特性(晶粒大、结晶状态好)和电学特性(电阻率低、迁移率高等)优于贫Cu材料,而性能测试表明贫Cu器件的效率优于富Cu器件.变温性能测试分析表明,贫Cu器件的主要复合路径是体复合,激活能与CIGS禁带宽度相当;富Cu器件的主要复合路径是界面复合,其激活能远小于CIGS禁带宽度,这大大降低了开路电压Voc,从而降低了电池效率.最后利用蒸发三步法制备了体材料稍富Cu表面贫Cu的CIGS吸收层,降低了短路电流和开路电压的损失,获得了超过15%的电池效率.     

低温超薄高效Cu(In,Ga)Se2太阳电池的实现

衬底温度保持恒定, 在Se气氛下按照一定的元素配比顺序蒸发Ga, In, Cu制备厚度约为0.7 μrm的Cu(In_0.7Ga_0.3)Se₂ (CIGS)薄膜. 利用X射线衍射仪分析薄膜的晶体结构及物相组成, 扫描电子显微镜表征薄膜形貌及结晶质量, 二次离子质谱仪测试薄膜内部元素分布, 拉曼散射谱 分析薄膜表面构成, 带积分球附件的分光光度计测量薄膜光学性能. 研究发现在Ga-In-Se预制层内, In主要通过晶界扩散引起Ga/(Ga+In)分布均匀化. 衬底温度高于450 ℃时, 薄膜呈现单一的Cu(In_0.7Ga_0.3)Se₂相; 低于400℃, 薄膜存在严重的Ga的两相分离现象, 且高含Ga相主要存在于薄膜的上下表面; 低于300 ℃, 薄膜结晶质量进一步恶化. 薄膜表层的高含Ga相Cu(In_0.5Ga_0.5)Se₂以小晶粒形式均匀分布于薄膜表面, 增加了薄膜的粗糙度, 在电池内形成陷光结构, 提高了超薄电池对光的吸收. 加上带隙值较小的低含Ga相的存在, 使电池短路电流密度得到较大改善. 衬底温度在550 ℃–350 ℃变化时, 短路电流密度J_SC是影响超薄电池转换效率的主要因素; 而衬底温度T_sub低于300 ℃时, 开路电压V_OC和填充因子FF降低已成为电池性能减退的主要原因. T_sub为350 ℃时制备的0.7 μm左右的超薄CIGS电池转换效率达到了10.3%. 关键词： 2薄膜')" href="#">Cu(In,Ga)Se₂薄膜 衬底温度 超薄 太阳电池     

Ga梯度分布对Cu(In,Ga)Se_2薄膜及太阳电池的影响

传统制备Cu(In,Ga)Se2(CIGS)手段之一是共蒸发三步法,工艺中通过Cu,In,Ga,Se 4种元素相互扩散、作用形成抛物线形的Ga梯度分布.本文通过调整Ga源温度制备了Ga梯度分布不同的CIGS薄膜及电池.利用多种测试方法,研究了Ga梯度分布不同对CIGS薄膜表面及背面结构性质及电性质的影响,计算分析了表面导带失调值及背面电场对电池性能的影响,从而获得了合适的Ga梯度分布,提高了电池光谱相应,获得了较好的电池性能参数.     

电沉积Cu(In,Ga)Se_2预置层硫化退火制备Cu(In,Ga)(Se,S)_2薄膜及表征

在550℃下的H2S气氛中退火处理电沉积制备的Cu(In,Ga)Se2(CIGS)预置层,制备了太阳电池光吸收层Cu(In,Ga)(Se,S)2(CIGSS)薄膜.采用X射线能量色散谱、俄歇电子能谱、扫描电镜、X射线衍射和拉曼光谱对退火前后的薄膜进行表征.结果表明,H2S气氛下退火能够实现薄膜中O的去除和S的掺入,同时使得各元素的纵向分布更加均匀并可消除Cu-Se微相.此外,H2S退火还可改善薄膜的结晶性能,并使S和Ga进入黄铜矿结构,薄膜晶格参数变小.     

硒化前后电沉积贫铜和富铜的Cu(In1-xGax)Se2薄膜成分及结构的比较

采用电沉积法获得了接近化学计量比的贫铜和富铜的Cu(In1-xGax)Se2(CIGS)预置层,研究比较了两种预置层及其硒化处理后的成分和结构特性.得到了明确的实验证据证明,硒化后富铜薄膜中的CuxSe相会聚集凝结成结晶颗粒分散在表面.研究表明:在固态源硒化处理后,薄膜成分基本不变;当预置层中原子比Cu/(In+Ga)<1.1时,硒化后薄膜表面存在大量的裂纹;而当Cu/(In+Ga) >1.2时,可以消除裂纹的产生,形成等轴状小晶粒;富铜预置层硒化时蒸发沉积少量In,Ga和Se后,电池效率已达到6.8%;而贫铜预置层硒化后直接制备的电池效率大于2%,值得进一步深入研究.     

硒化前后电沉积贫铜和富铜的Cu(In1-xGax)Se2薄膜成分及结构的比较

采用电沉积法获得了接近化学计量比的贫铜和富铜的Cu（In_1-xGa_x）Se₂（CIGS）预置层,研究比较了两种预置层及其硒化处理后的成分和结构特性.得到了明确的实验证据证明,硒化后富铜薄膜中的Cu_xSe相会聚集凝结成结晶颗粒分散在表面.研究表明：在固态源硒化处理后,薄膜成分基本不变;当预置层中原子比Cu/（In+Ga）<11时,硒化后薄膜表面存在大量的裂纹;而当Cu/（In+Ga） >12时,可以消除裂纹的产生,形成等轴状小晶粒;富铜预置层硒化时蒸发沉积少量In,Ga和Se后,电池效率已达到68%;而贫铜预置层硒化后直接制备的电池效率大于2%,值得进一步深入研究. 关键词： 1-xGa_x）Se₂薄膜')" href="#">Cu（In_1-xGa_x）Se₂薄膜 电沉积 硒化处理 贫铜或富铜薄膜     

预制层溅射气压对CIGS薄膜结构及器件的影响

研究了金属预制层制备过程中溅射气压对Cu(In_1-xGa_x)Se₂(CIGS)薄膜及电池器件性能的影响.通过调节溅射气压改变预制层的结晶状态及疏松度与粗糙度,在合适的预制层结构下,活性硒化热处理过程中,可使Ga有效地掺入到薄膜中形成优质的CIGS固溶体.高溅射气压会使预制层过于致密,呈现非晶态趋势.经活性硒化热处理后,CIGS薄膜容易产生CIS与CGS"两相分离"现象,从而导致CIGS薄膜太阳电池的开路电压和填充因子降低,电池转换效率由10.03%降低到5.02%.     

Stage2沉积速率对低温生长CIGS薄膜特性及器件的影响

研究了三步法第二步沉积速率对低温生长Cu(In,Ga)Se₂薄膜结构、 电学特性和器件特性的影响. 通过改变第二步沉积速率发现, 提高沉积速率可以显著促进薄膜晶粒生长, 提高晶粒紧凑程度降低晶界复合, 同时有效改善两相分离现象, 提高电池的开路电压和短路电流, 有助于Cu(In,Ga)Se₂电池光电转换效率的提高. 但同时研究表明, 随着第二步沉积速率的增加, 会促进暂态Cu_2-xSe晶粒的生长, 引起Cu(In,Ga)Se₂薄膜表面粗糙度增大, 并阻碍Na向Cu(In,Ga)Se₂薄膜表面的扩散, 造成施主缺陷钝化效应降低, 薄膜载流子浓度下降和电阻率升高, 且过高的沉积速率会引起电池内部复合增加并产生分流路径, 造成开路电压下降进而引起电池效率恶化. 最终, 通过最佳化第二步沉积速率, 在衬底温度为420℃时, 得到最高转换效率为11.24%的Cu(In,Ga)Se₂薄膜太阳电池.     

快速热退火处理ZnO电子传输层对聚合物太阳能电池性能的改善

采用快速热退火对ZnO薄膜进行后处理,制作了ITO/ZnO/PTB7∶PC71BM/MoO_3/Ag结构的倒置聚合物太阳能电池,器件能量转换效率达到了8.1%,与传统热退火工艺相比提高了11.26%。通过原子力显微镜、扫描电子显微镜、X光衍射谱、透射光谱和荧光谱对不同退火条件下制备的ZnO薄膜进行表征和分析。结果表明,经快速热退火处理的ZnO薄膜具有良好的c轴取向结晶特性、较大的晶粒尺寸和表面粗糙度,有效地降低了器件的串联电阻Rs,增大了器件的短路电流Jsc和填充因子FF。     

热裂解活化硒对CIGS太阳电池开路电压的影响

考察了通过自主研发的高温热裂解辅助硒化装置所产生的高活性硒对CIGS薄膜结构和器件性能的影响.通过调节高温裂解系统的温度可以有效调节不同的硒活性.研究发现, 第一台阶HC-Se气氛可以提高CIGS薄膜表面的Ga含量, 使得CIGS薄膜内的Ga分布更加平缓, 进而提高CIGS薄膜表面禁带宽度.而且HC-Se气氛可以消除CIGS"两相分离"现象.两种因素的共同作用使得CIGS薄膜太阳电池的开路电压提高了34.6%.电池转换效率从6.02%提升至8.76%, 增长了45.5%.     

低温生长Cu(InGa)Se2薄膜吸收层的掺钠工艺研究

在柔性聚酰亚胺衬底上低温制备Cu(In,Ga)Se₂薄膜太阳能电池, Na的掺入会改善电池特性, 但不同的掺Na工艺对Cu(In,Ga)Se₂薄膜和器件特性的改善机理不同. 本实验通过对比前掺NaF和后掺NaF工艺发现, 在前掺Na工艺下, 由于Na始终存在于Cu(In,Ga)Se₂薄膜生长过程中, Na存在于多晶 Cu(In,Ga)Se₂ 薄膜晶界处, 起到了扩散势垒的作用, 导致晶粒细碎、加剧两相分离, 同时减小了施主缺陷的形成概率; 而在后掺Na工艺下, 掺入的Na对薄膜的结构及生长不产生影响, 仅仅起到了钝化施主缺陷、改善薄膜缺陷态的作用. 同时, 研究表明, 后掺Na工艺中, NaF必须依靠外界能量辅助才能扩散进Cu(In,Ga)Se₂内部, 实验结果证实, 只有衬底温度达到350 ℃以上时, 掺入的NaF才能较好地改善薄膜特性. 最终经掺Na工艺的优化, 得到低温工艺制备的柔性聚酰亚胺衬底器件效率达10.4%.     

铜铟镓硒太阳能电池多层膜的结构分析

对于溅射后硒化和共蒸发等方法制备的铜铟镓硒（CIGS）太阳能电池薄膜,利用多种分析方法研究了CIGS多层膜的复杂结构等．研究表明：卢瑟福背散射（RBS）在分析CIGS多层膜方面具有其独特优势和可靠的结果;溅射后硒化方法制备的CIGS薄膜中,Ga和In在CIGS薄膜中呈梯度分布,这种Ga表层少而内层多的不均匀分布与Mo层没有必然关系;RBS和俄歇电子能谱分析（AES）均显示CIGS太阳能电池器件多层膜界面处存在扩散,尤其是CdS与CIGS,Mo与CIGS的界面处;X射线荧光（XRF）结果表明,电池效率最高的CIGS层中In,Ga比例为In：Ga=0．7：0.3;X射线衍射（XRD）结果显示：退火后的CIGS／Mo薄膜结晶品质得到了优化．     

铜铟镓硒薄膜的拉曼和可见-近红外光谱表征

采用恒电位电沉积法在ITO上制备了铜铟镓硒(CIGS)前驱体薄膜,该前驱体薄膜在充氩气管式炉中经过高温硒化可得到结晶良好的CIGS薄膜。采用X-射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、扫描电子显微镜(SEM)和紫外-可见光-近红外光谱仪分别表征了CIGS薄膜的结构、形貌、成分以及可见-近红外光谱(Vis-NIR)吸收特性。XRD结果表明前驱体薄膜高温硒化后所得的CIGS薄膜具有(112)择优取向,薄膜中CIGS晶粒的平均尺寸为24.7nm,Raman光谱表明薄膜中的CIGS是具有黄铜矿结构的四元纯相,没有其他二元三元杂相存在。Vis-NIR测量结果表明CIGS的禁带宽度随薄膜中镓含量的增加而增加,当Ga含量达5.41%时,通过吸收光谱测得CIGS的禁带宽度为1.11eV,通过理论计算得到镓铟比为Ga/(In+Ga)=16.3%,小于SEM测量所得的镓铟比Ga/(In+Ga)=21.4%,这表明还需进一步提高CIGS薄膜的结晶度。所有测量表明优化后的ITO/CIGS非常适合用来制作高质量的双面太阳能电池。该研究提出了制备低成本CIGS前驱体薄膜及高温硒化的新方法,通过这些方法在ITO上制备了均匀、致密、附着力好的CIGS薄膜。通过上述表征可知,在新工艺下制备的CIGS薄膜结晶度高,成分合理,无杂相,光吸收性质好。与磁控溅射法类似,电沉积法非常适合大面积工业化生产,该工作对CIGS的规模化生产具有重要的借鉴意义。     

利用Raman散射光谱研究铜铟镓硒薄膜表面的掺杂调节作用

主要研究了采用溅射后硒化方法制备CIGS(铜铟镓硒)薄膜太阳电池的吸收体材料中的表面层掺杂调节问题。并利用Raman散射谱分析研究了样品表面层特征峰的移用,研究结果表明: CIGS薄膜表面层由富In表面层调节为富CuGa表面层后,Raman特征峰位向高波数移动,表明薄膜表面的Ga含量随之变化,并导致表面能带的相应改变,经计算证实了富CuGa表面层样品较之富In表面层样品具有更高的表面能带,从而改善了以此材料为吸收层的太阳电池器件性能, V_oc提高了74 mV,填充因子上升8％,最终使器件转换效率η相应提高了约2％。提高了V_oc与FF。同时表明Raman散射谱作为一种灵敏的表面表征手段,在研究太阳电池吸收层表面状态时十分有力。     

等离子体活化硒对电沉积Cu-In-Ga金属预制层硒化的影响

使用等离子体活化硒源对电沉积制备的Cu-In-Ga金属预制层进行了硒化处理时, 发现等离子体功率对Cu(In_1-xGa_x)Se₂(CIGS)晶粒的生长有重要影响, 当等离子体功率为75 W时, 制备出单一Cu(In_0.7Ga_0.3)Se₂相的CIGS薄膜. 通过对不同衬底温度的等离子体活化硒源硒化的CIGS 薄膜进行了研究与分析, 并与普通硒化后的薄膜进行对比, 发现高活性硒在低温下会促进Ga-Se二元相的生成, 从而有利于Cu(In_0.7Ga_0.3)Se₂单相的生长. 对等离子体硒化后的CIGS薄膜进行了电池制备, 发现单相CIGS薄膜没有显著提高电池性能. 通过优化工艺, 所制备的CIGS电池效率达到了9.4%. 关键词： 0.7Ga_0.3)Se₂')" href="#">Cu(In_0.7Ga_0.3)Se₂ 电沉积 Cu-In-Ga金属预制层 等离子体活化硒     

Cu掺杂Ga2O3薄膜的光学性能

采用射频磁控溅射和N2气氛退火处理制备了多晶Ga2O3薄膜和Cu掺杂Ga2O3薄膜.用X射线衍射仪、紫外-可见分光光度计、荧光光谱仪对Ga2O3薄膜和Cu掺杂Ga2O3薄膜的结构和光学性能进行了表征.结果表明,Cu掺杂后Ga2O3薄膜的结晶质量变差,透过率明显降低,吸收率增加,光学带隙减小.本征Ga2O3薄膜在紫外、蓝光和绿光出现了发光带,Cu掺杂后紫外和蓝光发射增强,且在475nm处出现了一个新的发光峰.     

N离子注入富氧ZnO薄膜的p型导电及拉曼特性研究

采用射频磁控溅射法在富氧环境下制备ZnO薄膜, 继而结合N离子注入及热退火实现薄膜的N掺杂及p 型转变, 借助霍尔测试和拉曼光谱研究了N离子注入富氧ZnO薄膜的p型导电及拉曼特性. 结果表明, 在 600 ℃温度下退火120 min可获得性能较优的p-ZnO: N薄膜, 其空穴浓度约为2.527×10¹⁷ cm^-3. N离子注入ZnO引入了三个附加拉曼振动模, 分别位于274.2, 506.7和640.4 cm^-1. 结合电学及拉曼光谱的分析发现, 退火过程中施主缺陷与N受主之间的相互作用对p-ZnO的形成产生重要影响.     

掺Mo对NiSi薄膜热稳定性的改善

报导了在镍薄膜中掺入少量Mo提高了镍硅化物的热稳定性.结果表明，经650— 800℃快速热 退火形成的Ni(Mo)Si硅化物薄膜电阻值较低，约为2．4(Ω／□).XRD分析表明薄膜中只存在 NiSi相，而没有NiSi₂生成.由吉布斯自由能理论分析表明在Ni薄膜中掺人5．9 ％Mo对改善 Ni硅化物热稳定性起到至关重要的作用.经650—800℃快速热退火后的 Ni(Mo)Si／Si肖特基 二极管电学特性良好，势垒高度Φ_B为0．64—0．66eV，理想因子接近于1，更 进一步证明掺少量的Mo能够改善NiSi薄膜的热稳定性. 关键词： 镍硅化物 快速热退火 x射线衍射分析 卢瑟福背散射