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.     

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.     

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.     

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.     

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.     

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%.     

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%.     

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（In,Ga）Se2 Thin Films on Flexible Polyimide Sheet： Structural and Electrical Properties versus Composition

The structural and electrical properties of Cu（In,Ga）Se2 （CIGS） films grown on polyimide （PI） sheet using the three-stage co-evaporation process are investigated by x-ray diffraction spectra （XRD）, scanning electron microscopy （SEM）, Raman spectra, and Hall effect measurements, respectively. The results show that the properties of CIGS films on PI sheet are strongly dependent on the compositional ratio of Cu/（In＋Oa） （Cu/Ⅲ）. In contrast to the non-stoichiometric CIGS films, stoichiometric CIGS films show better structural and electrical properties, such as a relatively larger grain size, lower resistivity and higher carrier concentration. The flexible CIGS solar cells on PI sheet with the conversion efficiencies of 9.7% and 6.6% are demonstrated for the CIGS absorber layer with Cu/Ⅲ of 0.96 and 0.76, respectively （active area, 0.20cm^2）. The cell efficiency for Cu-poor CIGS films is limited by a relatively lower open circuit voltage and fill factor.     

Non-ionizing energy loss calculations for modeling electron-induced degradation of Cu(In,Ga)Se_2 thin-film solar cells

The lowest energies which make Cu,In,Ga,and Se atoms composing Cu(In,Ga)Se_2(CIGS) material displaced from their lattice sites are evaluated,respectively.The non-ionizing energy loss(NIEL) for electron in CIGS material is calculated analytically using the Mott differential cross section.The relation of the introduction rate(k) of the recombination centers to NIEL is modified,then the values of k at different electron energies are calculated.Degradation modeling of CIGS thin-film solar cells irradiated with various-energy electrons is performed according to the characterization of solar cells and the recombination centers.The validity of the modeling approach is verified by comparison with the experimental data.     

Fermi level pinning at CdS/Cu(In,Ga)(Se,S)2 interfaces: effect of chalcopyrite alloy composition

We introduce a quantitative model for the band diagram of ZnO/CdS/Cu(In,Ga)(Se,S)₂ heterostructures and for carrier recombination at the CdS/chalcopyrite interface. We derive analytical expressions for the open circuit voltage and the Fermi energy position at the active interface. The open circuit voltage under interface recombination is almost independent from the band gap energy of the chalcopyrite when the valence band edge of the absorber remains at the same energy position. The analytical calculations are in relatively good agreement with numerical simulations. Experimental current–voltage analysis indicates that devices prepared from Cu-poor Cu(In,Ga)(Se,S)₂ chalcopyrites are dominated by recombination in the bulk of the absorber while interface recombination prevails if the absorbers are prepared under Cu-excess. In the latter case, the experimentally determined interface barriers reveal that the interface Fermi energy position shifts upward on the energy scale upon increasing the Ga content into the absorber and remains at a relatively low energy value under S/Se alloying.     

Cu(In,Ga)Se2 薄膜在共蒸发"三步法"中的相变过程

CIGS薄膜的结晶相是制备高质量薄膜的关键问题. 本文采用共蒸发"三步法"工艺沉积Gu(In, Ga)Se₂ (CIGS) 薄膜, 通过X射线衍射仪 (XRD) 和X射线荧光光谱仪 (XRF)、扫描电镜 (SEM) 结合的方法详细研究了"三步法"工艺的相变过程, 并制备出转换效率超过15% 的 CIGS 薄膜太阳电池. 关键词： CIGS薄膜 共蒸发三步法 相变过程     

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.     

单靶溅射制备铜锌锡硫薄膜及原位退火研究

采用衬底加热溅射铜锌锡硫(CZTS)四元化合物单靶制备CZTS薄膜,并研究原位退火对制备薄膜的影响.结果表明:在溅射结束后快速升温并保持一段时间,所得到的样品相比于未原位退火的CZTS薄膜结晶质量更好,且表面更平整致密;原位退火后的CZTS薄膜太阳电池性能参数也相应地有所提升,其开路电压(V_(OC))为575 mV,短路电流密度(J_(SC))为8.32 mA/cm~2,光电转换效率达到1.82%.