Metal Precursor Influence on Performance of CuIn1-xGaxSe2 Films

在镀有Mo的纳钙玻璃衬底上顺序溅射沉积CuGa/In/CuGa层,然后在真空下520 oC硒化40 min,制备成CIGS薄膜. 通 过调整预制层的底层和表层的溅射沉积CuGa层的厚度比,制备不同的CIGS薄膜. 通过X射线衍射谱、拉曼谱、电子能谱、平面和断面SEM的分析, 揭示出CIGS薄膜是黄铜矿相的结构, 晶粒0.5～2 μm,且由硒化CuGa/In/CuGa厚度比为7:20:3的金属预制层后的CIGS薄膜的结晶性最好. 拉曼光谱表明,没有In-Se二元化合物相和有序缺陷化合物相.     

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     

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。     

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     

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%.     

用不同的Mo靶溅射功率制备Mo/Si多层膜

 用磁控溅射法制备了周期厚度和周期数均相同的Mo/Si多层膜,用原子力显微镜和小角X射线衍射分别研究了Mo靶溅射功率不相同时,Mo/Si多层膜表面形貌和晶相的变化。随后在国家同步辐射实验室测量了Mo/Si多层膜的软X射线反射率。研究发现,随着Mo靶溅射功率的增大,Mo/Si多层膜的表面粗糙度增加,Mo的特征X射线衍射峰也增强,Mo/Si多层膜的软X射线峰值反射率先增大后减小。     

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.     

溅射后硒化法制备的CIGS薄膜中Ga元素扩散研究

溅射后硒化制备Cu(In,Ga)Se2吸收层工艺过程中,Ga元素在吸收层底部富集现象是较为普遍的.本文从预制层工艺和硒化工艺两个方面研究了Ga元素在Cu(In,Ga)Se2吸收层中扩散的影响因素.结果表明,预制层中的Cu/(In+Ga)和硒化温度对Ga元素扩散的影响较为显著,而预制层中的Ga/(In+Ga)对Ga元素扩散的影响较小,Ga元素的扩散系数制约了其在Cu(In,Ga)Se2吸收层表面的含量.通过工艺优化提高吸收层表面的Ga含量,制备获得了光电转换效率为12.42%的Cu(In,Ga)Se2薄膜太阳能电池.     

用不同的Mo靶溅射功率制备Mo/Si多层膜

用磁控溅射法制备了周期厚度和周期数均相同的Mo/Si多层膜,用原子力显微镜和小角X射线衍射分别研究了Mo靶溅射功率不相同时,Mo/Si多层膜表面形貌和晶相的变化。随后在国家同步辐射实验室测量了Mo/Si多层膜的软X射线反射率。研究发现,随着Mo靶溅射功率的增大,Mo/Si多层膜的表面粗糙度增加,Mo的特征X射线衍射峰也增强,Mo/Si多层膜的软X射线峰值反射率先增大后减小。     

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.     

溅射气压对X射线多层膜反射率的影响

本文在不同的溅射气压的情况下制备了具有相同结构参量的Mo/Si多层膜,测出了其对应的小角度X衍射曲线,在北京同步辐射实验室测量了多层膜的软X射线反射率.小角X射线衍射谱表明:随着溅射气压升高,多层膜的小角X射线衍射曲线的高次峰的峰高急剧变小,半峰宽变大.反射率测量结果也表明:多层膜的X射线反射率随溅射气压的升高而急剧降低.     

Mo/Si软X射线多层膜的界面粗糙度研究

 用磁控溅射法分别制备了以Mo膜层和Si膜层为顶层的Mo/Si多层膜系列, 利用小角X射线衍射确定了各多层膜的周期厚度。以不同周期数的Mo/Si多层膜的新鲜表面近似等同于同一多层膜的内界面,通过原子力显微镜研究了多层膜界面粗糙度随膜层数的变化规律。并在国家同步辐射实验室测量了各多层膜的软X射线反射率。研究表明：随着膜层数的增加,Mo膜层和Si膜层的界面粗糙度先减小后增加然后再减小,多层膜的峰值反射率先增加后减小。     

Mo/Si软X射线多层膜的界面粗糙度研究

用磁控溅射法分别制备了以Mo膜层和Si膜层为顶层的Mo/Si多层膜系列, 利用小角X射线衍射确定了各多层膜的周期厚度。以不同周期数的Mo/Si多层膜的新鲜表面近似等同于同一多层膜的内界面,通过原子力显微镜研究了多层膜界面粗糙度随膜层数的变化规律。并在国家同步辐射实验室测量了各多层膜的软X射线反射率。研究表明：随着膜层数的增加,Mo膜层和Si膜层的界面粗糙度先减小后增加然后再减小,多层膜的峰值反射率先增加后减小。     

一种软X射线多层膜界面粗糙度的计算方法

提出一个利用多层膜小角X射线衍射谱衍射峰积分强度计算多层膜界面粗糙度的公式。用磁控溅射技术制备Mo／Si多层膜，用波长为0．154nm的硬X射线测量样品在小掠入射角区的衍射曲线，分别用本文公式和反射率曲线拟合方法计算了样品的界面粗糙度。实验结果表明：由本文公式获得的界面粗糙度近似于拟合方法获得的界面粗糙度，它们略等于多层膜界面实际粗糙度。     

溅射压强对TiN/SiNx纳米多层膜微观结构及力学性能的影响

利用磁控溅射方法在不同溅射压强条件下制备了TiN/SiN_x纳米多层膜.多层膜的微观结构及力学性能分别用X射线衍射仪、原子力显微镜及纳米压痕仪来表征.结果表明随着溅射压强的增大,多层膜的界面变模糊,TiN层的择优取向由(200)晶面过渡到(111)晶面.与此同时,多层膜的表面粗糙度增大,硬度和弹性模量随溅射压强的增大而减小.多层膜力学性能的差异主要是由于薄膜的周期性结构及致密度存在差异所致. 关键词： x多层膜')" href="#">TiN/SiN_x多层膜 界面宽度 表面形貌     

用磁控溅射和真空硒化退火方法制备高质量的铜铟硒多晶薄膜

用双靶磁控溅射的方法在玻璃衬底上制备了Cu11In9合金薄膜,然后将Cu11In9合金薄膜封闭在石墨盒中进行真空硒化退火得到CuInSe2薄膜.用扫描电子显微镜(SEM)和X射线粉末衍射(XRD)对CuInSe2薄膜进行了表征,结果表明CuInSe2薄膜具有单一的晶相,均匀、致密的结构,以及粒径超过了3μm的晶粒. 关键词： 铜铟硒多晶薄膜 磁控溅射 真空硒化 太阳能电池     

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。     

电沉积Cu-In-Ga金属预制层的硒硫化研究

以H₂S气体作为硫源、固态蒸发硒蒸气作为硒源对电沉积Cu-In-Ga金属预制层进行硒硫化处理. 通过电沉积Cu-In-Ga金属预制层在不同衬底温度下硒化、硫化和硒硫化的对比实验,发现CuInS₂相和CuIn（S,Se）₂相优先生成,抑制了CuInSe₂相的生成,促使InSe相薄膜向内部扩散,减弱了薄膜两相分离现象. 采用先硒化后硒硫化处理工艺优化了Cu（In,Ga）（S,Se）₂薄膜的制备工艺,在250 ℃预硒化得到了开路电压为570 mV的太阳电池,在更高的预硒化温度得到了较大短路电流的太阳电池,最终优化得到了效率达到10.4%的电池器件. 关键词： 电化学沉积 Cu-In-Ga金属预制层 硒硫化处理 2薄膜')" href="#">Cu(In,Ga)(S,Se)₂薄膜     

分子束外延及溅射法制备Co/Cu多层膜结构与磁电阻的比较研究

对用分子束外延（MBE）和溅射方法制备的Co/Cu多层膜样品分别进行了结构及磁性研究．X射线分析表明两者均有良好的调制周期性，并且前者形成外延单晶结构，铁磁共振研究表明了面内六次各向异性对称的存在，说明此超晶格具有完整的面内二维结构．磁电阻测量发现，溅射制备的多层膜具有较高的磁电阻值并明显地随Cu层厚度而振荡，相应的室温磁电阻峰值分别为27%，24%，14%；而MBE制备的超晶格的磁电阻较小，其第二峰的数值只有7%．MBE超晶格界面处可能具有超顺磁性，对磁电阻和磁化强度的不同的外场依赖关系有一定的影响． 关键词：     

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。