利用一步法电沉积制备CIGS薄膜的工艺研究

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Cu(In,Ga)Se2(CIGS)是一种直接带隙材料,光吸收系数高达105数量级,是目前己知的光吸收性最好的半导体薄膜材料。利用一步法电沉积制备CIGS薄膜,设备投资少,可连续、大面积的沉积,适合工业化生产,成为了光伏界研究的焦点和热点。   本论文主要针对一步法电沉积中所需要的络合剂进行了研究,为了制备出合格的CIGS薄膜,必须要用到络合剂,实验室经常采用的是邻苯和氨基磺酸作为溶液缓冲剂,这种体系可以有效制备出CIGS光伏器件,但是这种体系制备的CIGS薄膜结晶性能不好,还需要经过后期的PVD处理才能制备光伏器件,这增加了电沉积的成本,为了解决这些问题,本论文选用了其它的络合剂,分析络合剂浓度以及沉积电位对薄膜的影响,与邻苯和氨基磺酸体系作对比并分析了其反应机理。本文还分别研究了PVD处理过程中硒蒸发温度和衬底温度对薄膜的影响,通过实验选择其最佳的工艺参数。   本论文选用了柠檬酸和柠檬酸钠作为络合剂,实验中采用三电极体系,在由CuCl2,InCl3,GaCl3,H2SeO3组成的酸性水溶液中,对Mo/玻璃衬底上进行一步法电沉积,分别分析了络合剂浓度和不同的沉积电位对沉积薄膜的影响,通过XRF测试,发现沉积出来的CIGS薄膜不含有Ga,为了分析其原因,分别对络合剂对溶液的一元、二元、三元、四元体系的影响进行了研究,最终认定可能的是原因是络合剂抑制了Ga3+的还原反应。   本论文通过实验确定以柠檬酸钠和柠檬酸为络合剂制备的CIGS薄膜成份不理想,无法制备光伏器件,最终选用邻苯和氨基磺酸体系制备CIGS薄膜,并对沉积CIGS薄膜的PVD处理进行研究,分别研究了Se源温度和衬底温度对CIGS薄膜的影响,通过实验发现,PVD热处理的最佳的Se源温度和衬底温度分别在230℃和560℃左右,通过这种工艺的处理,制备出的CIGS薄膜表面比较均匀,结晶颗粒大,致密性好,可以制备成品电池,最终制备效率为5.9%的电池。
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