低溫三步法成分調(diào)控對PI襯底CIGS薄膜材料及器件影響的研究.pdf

1、銅銦鎵硒(Cu(In，Ga)Se2，CIGS)薄膜太陽電池具有高轉(zhuǎn)換效率、穩(wěn)定性好和抗輻照能力強等性能優(yōu)點，是最具發(fā)展前途的薄膜太陽電池之一。而柔性聚酰亞胺(Polyimide，PI)襯底CIGS薄膜電池具有高質(zhì)量功率比、適合卷對卷規(guī)模化生產(chǎn)、單片集成和柔性可折疊等優(yōu)勢，其商業(yè)發(fā)展前景受到廣泛關(guān)注。目前，瑞士聯(lián)邦材料科學(xué)與技術(shù)實驗室(Swiss Federal Laboratories for Material Scienceand T

2、echnology，EMPA)在PI襯底上制備的CIGS薄膜電池效率達到20.4％，是CIGS薄膜電池轉(zhuǎn)換效率的世界記錄。
　　 本文主要研究了三步法成分調(diào)控，包括元素沉積速率和成分梯度調(diào)控對CIGS薄膜特性及器件性能的影響，并針對大面積單體PI襯底CIGS薄膜電池，開展了PI襯底Mo薄膜、柵極和薄膜均勻性等方面的研究。
　　 PI襯底最高可承受溫度不超過450℃，低襯底溫度制備的CIGS薄膜具有結(jié)晶質(zhì)量差、薄膜表面粗糙

3、和成分梯度陡峭等缺點，導(dǎo)致較差的轉(zhuǎn)換效率。研究表明沉積速率和元素梯度分布是影響CIGS薄膜特性及電池效率的關(guān)鍵因素。
　　 三步法工藝第二步過程中CIGS薄膜發(fā)生一系列的相變，第二步沉積速率對薄膜的生長機制有重要影響。提高沉積速率可以顯著促進薄膜晶粒生長，提高晶粒緊湊程度降低晶界復(fù)合，同時有效改善兩相分離現(xiàn)象，提高電池的開路電壓和短路電流，有助于CIGS電池光電轉(zhuǎn)換效率的提高。同時，第二步沉積速率提高，促進暫態(tài)Cu2-xSe晶粒

4、的生長，引起CIGS薄膜表面粗糙度增大，并阻礙Na向CIGS薄膜表面的擴散，造成施主缺陷鈍化效應(yīng)降低，薄膜載流子濃度下降和電阻率升高，且過高的沉積速率會引起電池內(nèi)部復(fù)合增加并產(chǎn)生分流路徑，造成開路電壓下降進而引起電池效率的惡化。低溫高速沉積制備的CIGS薄膜太陽電池轉(zhuǎn)換效率下降幅度為6％-10％，但是第二步沉積時間縮短86.3％，生產(chǎn)效率顯著提高，對電池的產(chǎn)業(yè)化具有重要意義。
　　 改變?nèi)椒℅a/In蒸發(fā)曲線，調(diào)控低溫制備CI

5、GS薄膜的成分梯度，可以有效促進元素擴散和化合，消除CIGS薄膜兩相分離現(xiàn)象，提高薄膜結(jié)晶質(zhì)量，改善背電場的光生電子驅(qū)動作用，提高載流子收集效率。研究表明，CIGS薄膜帶隙梯度平緩分布，可以降低光生電子輸運勢壘，減小載流子復(fù)合幾率，電池開路電壓和填充因子明顯提高。最終，襯底溫度為450℃下，制備出最高轉(zhuǎn)換效率達到10.99％的PI襯底CIGS薄膜電池。
　　 此外，本論文還研究了濺射氣壓和厚度對PI襯底Mo薄膜的影響，并研究了柵