銅銦硒材料及薄膜的制備.pdf

1、太陽能是一種可再生的清潔能源，在人類世界面臨嚴(yán)重能源危機(jī)的情況下，對(duì)太陽能電池的研究意義重大。在低成本的第二代太陽能電池中，銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽能電池的理論轉(zhuǎn)化效率高達(dá)30 ％，而且穩(wěn)定性良好，引起了人們極大的研究興趣，目前CIGS薄膜太陽能電池的實(shí)驗(yàn)室最高效率已達(dá)19.9％。為了用硒化法制備高質(zhì)量的黃銅礦相銅銦鎵硒或銅銦硒薄膜，需要充分了解這種方法制備薄膜再結(jié)晶的原理與過程。為此，我們從以下兩種實(shí)驗(yàn)中，探討了生成CuInSe2

2、的再結(jié)晶過程：
　　 (1)蒸發(fā)制備了InSe/Cu 疊層預(yù)制膜，然后在石墨盒中以Se 單質(zhì)為源硒化預(yù)制膜制得CuInSe2薄膜。通過分析預(yù)制膜在不同溫度條件下Se 化后薄膜中的物相演變，得到了黃銅礦相CuInSe2的生成機(jī)制。但制備的CuInSe2薄膜是雙層結(jié)構(gòu)，而且在雙層CuInSe2之間還有一層CuIn3Se5 或富In的CuInSe2 夾層。我們采用了三種途徑來消除夾層和雙層CuInSe2 結(jié)構(gòu)，分別為：一，先溴甲醇后K

3、CN 蝕刻，來消除夾層和上層CuInSe2；二，同時(shí)放入In2Se3和Cu 源蒸鍍預(yù)制膜，來消除開腔體放Cu 源時(shí)空氣或其他氣體附著在InSe上所產(chǎn)生的影響；三，增加Se 化時(shí)的Se 蒸氣壓，以保持Se 化過程中Cu-Se 化合物為富Se 相而促進(jìn)CuInSe2的結(jié)晶。第三種方法浪費(fèi)原料相對(duì)較少，并且消除了夾層和雙層結(jié)構(gòu)。
　　 (2)我們用機(jī)械合金制備的In2Se3-Cu2Se混合粉末為原材料制備了黃銅礦相CuInSe2。機(jī)械

4、合金過程中生成了非晶態(tài)的混合粉末，包括(Cu2Se)x(In2Se3)1-x、Cu3Se2、CuSe和InSe等物相。無論是在無硒環(huán)境還是有硒環(huán)境中熱處理，黃銅礦相CuInSe2的生成初始溫度約350 ℃。在無硒環(huán)境中，熱處理發(fā)生的反應(yīng)為固相-固相反應(yīng)，由于Se 從粉末中蒸發(fā)而流失，導(dǎo)致生成的黃銅礦相CuInSe2為缺Se的CuInSe2，而且晶粒尺寸較小、黃銅礦相晶體結(jié)構(gòu)較差。在450 ℃以上有硒環(huán)境中熱處理時(shí)，粉末中的反應(yīng)為液相-固