CIGS薄膜太阳能电池的制备.ppt

CIGSCIGS薄膜太阳能电池的介绍薄膜太阳能电池的介绍太阳能电池工作机理太阳能电池工作机理CIGSCIGS薄膜几种常规的制备方法薄膜几种常规的制备方法总结总结CIGS薄膜材料是一种重要的太阳能光电材料薄膜材料是一种重要的太阳能光电材料优点优点这种材料的光吸收吸收系数较大，达到105cm-1，而且只需1-2um厚的薄膜就可以吸收99%以上的太阳光，节省原材料，符合资源节约型社会的建设。随着Ga/In+Ga的比例不同，其禁带宽度可以在1.0ev到1.7ev之间变化，有利于叠层太阳能电池的制备。且光电转换效率高，目前已正式报道的转换效率高达19.5%。?缺点缺点由于CIGS薄膜材料是多元组成的，元素配比敏感，多元晶体结构复杂，与多层界面配比困难，使得材料制备精度要求 、重复性要求和稳定性要求都很高，因此材料制备的技术难度高。Al栅极：顶电极（负极）ZnO(Al): 窗口层（500nm）i-ZnO : 异质结N层(50nm)CdS: 缓冲层(50nm)p-CIGS:异质结P层(2000nm)Mo: 背电极（800nm） 在光照下在P-N结处产生空穴电子对，这样空穴就向下扩散，电子向上扩散，这样就产生了电流?蒸发法蒸发法分为一步法、两步法和三步法分为一步法、两步法和三步法一步法：就是多源共蒸法，一次完成CIGS薄膜两步法：第一步是在500的衬底温度下共蒸发Cu、In、Ga、Se形成CIGS/CuxSe，为共蒸发阶段;第二步，将衬底温度升高到550后，同时蒸发In、Ga、Se，形成CIGS薄膜 c) 三步法：第一步沉底温度为350左右蒸发In和Ga，形成In2Se3、Ga2Se3。三族硒化物，第二步在沉底温度为560左右蒸发Cu，形成富Cu的CIGS薄膜;第三步沉底温度仍为560左右蒸发少量In和Ga，不但消除了表面的Cu2-xSe，而且表层形成了富Ga、In的硒化物，形成有序缺陷层，为过渡层的二族的Gd原子扩散掺杂提供了空位，形成强N型的浅埋结，有效地改善异质结界面特性，而且可实现表面Ga的梯度分布，修正能带失调置Ec，减少载流子的界面复合，提高电池的开路电压共蒸发试验室设备示意图共蒸发试验室设备示意图?蒸发法的优点蒸发法的优点 金属元素在不同衬底温度下的硒气氛中反应蒸发，边蒸发边反应，不仅结晶状态好，形成柱状的大晶粒，而且金属Ga很容易掺杂，并可按照要求梯度分布，由此形成能带结构为抛物线结构，目前CIGS电池转换效率的世界记录19.5%、填充因子的最高记录81.1%都是由此方法制备的?缺点 工业化生产不容易实现精确控制元素的蒸发量，以保证合适的元素配比以及大面积的均匀性，因此对蒸发设备要求极高?溅射硒化法 分为两个过程，即溅射金属预制层和后硒化两个阶段。金属预制层首先是在覆盖钼薄膜的玻璃衬底上溅射沉积Cu、In、Ga预制层。硒化一般采用固态硒化源进行硒化。?优点 成本低、安全无毒、设备和工艺容易实现，得到人们广泛的关注。?缺点 CIGS的薄膜中的Ga的浓度难以实现V型的分布，必须通过增加硫化工艺，利用部分的S代替Se。虽然硫化工艺能使Ga成V型分布，但是容易在CIGS薄膜界面和晶界中生成CuSe二元相，增加了载流子的复合，降低了电池的光电转换效率。?工艺路线 光硒化法是在后硒化法基础上，在玻璃表面上溅射金属Mo作为寸底，Ga层采用蒸发的方法，Cu，In层的沉积采用溅射法合成膜，按照原子的配比分别控制Cu，In，Ga薄膜厚度比，在后硒化处理时增加特定光源光照，在光能和加热的同时进行硒化法处理。? Ga的蒸发 预抽真空到210-3Pa，移动携带寸底的（玻璃+Mo）的小车到正对Ga舟的位置，寸底温度保持室温，缓慢加热Ga舟至发红透亮且Ga呈熔融态，温度在700时开始蒸发Ga，时间大约是10分钟左右，其厚度在100nm左右? In和Cu的溅射 在Ar气压强为3.0Pa左右，寸底温度在室温条件下，调节溅射功率，对Cu、In靶进行10分钟的预溅射，然后在In靶位置来回移动小车，扫描30趟，溅射510nm的In，然后在Cu靶位置来回扫描4趟，溅射120nm的Cu。 最后盖上挡板。 打开光源加热Se源使温度升到180左右关闭光照，Se开始蒸发，此时将小车移到Se源的上方，寸底温度保持在室温2-3分钟后，寸底开始加热，当寸底温度升至300，再次打开光照。并在寸底温度达到450的时候再次关闭光源。此时依靠寸底加热器的烘烤和Se源本身的热容量，Se源温度保持在210左右，寸底温度继续升高到500左右，硒化30分钟，再将寸底加热温度调小缓慢降至450时关闭加热器，同时小车移出Se源位置。这时就得到我们所需的CIGS膜。从以上的几种制备CIGS多晶薄膜的方法来看，它们都有自己的缺点归其原因，是因为我们的研究学者还没有完全的搞清楚CIGS多晶薄膜的一些很基础的问题因此为了彻底的解决CIGS多晶薄膜合成中的一些问题，我认为我们研究者们在进行工艺化的研究的同时，应该加强对CIGS多晶薄膜机理的研究1 Growth of polycrystalline CIGS thin films using a radio frequency-cracked Se-radical beam source and application for photovoltaic devices A.P.L .91, 041902(2007)2 Schock H W ，Noufi R. CIGS-based solar ceils for the next millennium JFrog Photovolt Res，2000，8:1513 溅射预制层固态源硒化法制备CIGS（铜铟镓硒）薄膜太阳电池，李伟，南开大学4 Kronik L，Rau U，Guillemoles J F，et a1.Interface redox engineering of CIGS一based solar ceilsoxygen，sodiurn，and chemical bath effects JThin Solid Films，2000，361-362：353人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。