電沉積CuInSe2及Cu(In,Ga)Se2薄膜的熱處理工藝研究.pdf

1、Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族黃銅礦結(jié)構(gòu)的CuInSe2系化合物半導(dǎo)體因具有優(yōu)異的光、電學(xué)性能而成為最有發(fā)展前景的光伏材料。已有的CuInSe2的制備方法主要為昂貴的真空法,如蒸發(fā)和濺射。電沉積法制備CuInSe2系光吸收層薄膜具有成本低廉、能大面積沉積和非真空制備等優(yōu)勢,并有望獲得大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用。電沉積制備的CuInSe2或者Cu(In,Ga)Se2預(yù)制層薄膜為非晶或納米晶,需要進行熱處理以改善其結(jié)晶性并獲得器件制備所需性能。
　　 本論文主要

2、采用SEM、EDS、XRD、AES、Raman等多種薄膜表征手段研究不同熱處理工藝對一步電沉積預(yù)制層薄膜成分、形貌、結(jié)構(gòu)、光學(xué)性能的影響規(guī)律,主要研究結(jié)果如下:
　　 (1)研究了Ar氣氛下快速熱處理工藝(Rapid Thermal Annealing,RTA)對電沉積Cu(In,Ga)Se2薄膜性能的影響。研究結(jié)果表明,經(jīng)RTA處理后薄膜結(jié)晶性能得到了很大的改善并能維持原有化學(xué)組成,但表面形貌變差。溫度越高薄膜結(jié)晶性能越好,但

3、是當(dāng)溫度超過500℃后薄膜中In和Se揮發(fā)損失嚴(yán)重;采用70℃/S的升溫速率和30秒的保溫時間均有利于Ga元素并入黃銅礦結(jié)構(gòu)。
　　 (2)對一步電沉積CuInSe2和Cu(In,Ga)Se2預(yù)制層薄膜在H2S/Ar氣氛中硫化處理30分鐘,制備寬帶隙四元CuIn(Se,S)2和五元Cu(In,Ga)(Se,S)2薄膜。研究發(fā)現(xiàn)提高處理溫度有利于S元素擴散進入薄膜,使得薄膜的禁帶寬度Eg值增大;500℃下硫化有利于S元素的均勻擴散

4、并形成較均一的單相CuIn(Se,S)2,溫度更低或更高導(dǎo)致S呈梯度分布并可能出現(xiàn)相分離現(xiàn)象;預(yù)制層薄膜的組成嚴(yán)重影響S元素的進入,富銅的薄膜(Cu/In＞1)有利于S元素的擴散進入,這與薄膜表面存在的Cu(Se,S)二次相有關(guān)。
　　 (3)針對電沉積預(yù)制層薄膜,采用蒸發(fā)固態(tài)硫進行摻硫并結(jié)合RTA處理制備出寬帶隙四元CuIn(Se,S)2和五元Cu(In,Ga)(Se,S)2薄膜。物相分析發(fā)現(xiàn)蒸發(fā)后的硫以S8分子結(jié)晶在預(yù)制層薄