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CuInSe<,2>(简称CIS)是一种直接带隙材料,光吸收系数高达10<'5>数量级,禁带宽度约为1.04eV,这样的禁带宽度与太阳光匹配,光电转换效率高,成为最具有前途的太阳能电池材料之一,CIS薄膜太阳能电池成为当今光电领域的研究热点。本文用磁控溅射法在医用载波片上成功制备了Mo薄膜,并研究功率和溅射时间对Mo薄膜的影响,用XRD、SEM对Mo薄膜的结构和表面形貌进行分析。用三源共蒸镀法以铜、铟和硒三种元素的高纯度粉末为原料,在镀Mo的玻璃衬底上制备得到CIS薄膜。用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)以及扫描电镜自带的能谱仪(EDS)、紫外-可见光分光计及霍尔效应仪,对不同工艺条件下(如衬底温度,Cu/In,真空热处理)制备的CIS薄膜的结构、表面及断面形貌和光、电性能进行研究,结果表明:
1.用磁控溅射法可以制备出表面光滑、晶粒大小均匀、表面平整的Mo薄膜,膜厚在600~800nm;制备的Mo金属薄膜具有体心立方结构,在(110)面有择优取向,适合作为CIS薄膜电池的导电层。
2.用三源共蒸发法可以制备出黄铜矿结构的CIS薄膜,所制备薄膜在(112)、(220)、(116)晶面有择优取向(20分别为26.6°、44.2°、52.4°),膜厚为800~1200nm。CIS薄膜在衬底温度300℃;经氩气保护300℃真空退火一小时后,控制Cu/In在1.1的工艺,晶粒大小均匀,结晶性能良好,断面整齐,结合力较好;薄膜杂质相减少,在(112)、(220)、(116)晶面取向增强。
3.不同的工艺对CIS薄膜在可见光范围内的吸光度影响较小,用CIS薄膜的吸光度和透光率曲线可以估算CIS薄膜的禁带宽度,在1.05eV-1.18eV之间;在可见光波长范围内的吸光度约为1.3,光吸收系数高达2.8×10<'4>cm<'-1>。
4.在衬底温度300℃;经氩气保护,温度300℃保温一小时;控制CIS薄膜Cu/In在1.1,CIS薄膜电阻率为5~20×10<'-3>Ω·cm,霍尔迁移率为200~400cm<'2>/s·v,空穴浓度在2~8×10<'18>cm<'-3>之间。