硒气氛对CIGS薄膜和电池的影响

摘要

课题组自主研发了一套蒸汽输运沉积系统，并用其制备出了CdTe多晶薄膜。研究了气压、衬底温度、气氛等关键制备参数对CdTe薄膜性质及太阳电池性能的影响。利用XRD，SEM，UV-Vis，Hall等测试手段研究了衬底温度对薄膜的结构、光学性质和电学性质的影响。结果表明，蒸汽输运法制备的CdTe多晶薄膜均具有立方相结构且沿(111)方向高度择优。随着衬底温度的升高，CdTe薄膜的平均晶粒尺寸从2微米增大到约6微米，CdTe薄膜的载流子浓度从1.93×l0l0cm-3提高到2.36×l013cm-3，说明提高衬底温度能够降低CdTe薄膜的缺陷复合，使薄膜的p型更强。随着气压的增加，薄膜的平均晶粒尺寸逐渐减小，晶粒间孔洞有所减少。气氛中氧分压的增加会减小薄膜的晶粒尺寸，但增强了薄膜在(111)晶面方向的择优生长。衬底温度对CdTe薄膜太阳电池性能的影响结果表明，适当地提高衬底温度能够大幅度提高电池的效率、开路电压和填充因子，但是过高的衬底温度又会降低电池的转换效率。在各膜层参数优化的基础上，最终获得了转换效率超过16%的小面积CdTe薄膜太阳电池。