基于共溅射Cu-In预制层制备CuInSe2和CuIn(S,Se)2薄膜

摘要

CulnSe2薄膜具有较为理想的带隙(1.04ev)，光吸收系数高(105cm-l)，抗辐射能力强，无光致衰退效应，可调带隙（通过Ga取代In和S取代Se）等优点，因此CuInSe2太阳能电池被认为是下一代非常有前途的太阳能电池。共溅射方法能有效促进元素间的充分融合，可以通过调节各个靶材的功率方便地调节薄膜的成分，而且大面积均匀性较好，因此是一种非常有应用前景的PVD沉积方法。
　　 本文基于共溅射Cu-In预制层，分别采用快速热处理(RTP)的方法和同时硒硫化的方法制备了CuInSe2和CuIn(S，Se)2薄膜。
　　 RTP采用光辐射加热，具有升温速度快（10℃/s以上），控温精确的特点，能促进晶粒的均匀生长，降低高温硒化的热能成本。因此被广泛应用于工业生产。西门子Shellsolar公司通过RTP的方法制备了效率超过l00-10，面积在lOOcm2的CuInSe2太阳能电池，和效率13.10-10的Cu(ln，Ga)(S，Se)2太阳能电池。RTP硒化制备CuInSe2过程中存在两个主要的问题:SeIoss和CuInSe2/Mo界面附着力。围绕这两个问题，本文创造性地提出了250℃低温保温解决Seloss，以及通过优化半密闭石墨盒各种硒化参数组合增强界面附着力的办法，最终获得了单相，附着力良好的CuInSe2薄膜。
　　 Culn(S，Se)2薄膜比CuInSe2薄膜更环保，且带隙更接近与太阳光谱匹配的最佳带隙1.4ev，因此也是一种非常有前景的太阳能电池。南非约翰内斯堡大学的V.Alberts课题组基于共溅Cu-In射预制层制备了效率超过lO％的CuIn(S，Se)2薄膜太阳能电池，和面积1500cm2，效率为14.70-/0的Cu(ln，Ga)(S，Se)2太阳能电池。CuIn(S，Se)2薄膜的制备过程中存在着S/Se随厚度分布不均匀的问题。本文在共硒硫化共溅射预制层过程中，发现低温保温能有效的促进薄膜中S/Se的均匀分布，并对其中的机理进行了初步探索，最终制备出了薄膜成分相对均匀的Culn(S，Se)2薄膜。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1.1 CuInSe2薄膜太阳能电池

1.1.1 CuInSe2薄膜的优点

1.1.2 CuInSez薄膜的真空制备方法

1.2 CuInSe2系列电池的简介

1.3 本论文的研究背景和选题依据

参考文献

第二章 半密闭石英管RTP硒化共溅射Cu-In预制层制备CuInSe2薄膜

2.1 快速热处理(RTP)简介

2.1.1 RTP的特点

2.1.2 RTP能降低热能损失的原因

2.1.3 RTP制备CuInSe2太阳能薄膜的研究概况

2.2 实验流程

2.3 共溅射法制备Cu-In预制层

2.3.1 磁控溅射简介

2.3.2 实验过程

2.3.3 实验结果及表征

2.4 低温热处理Cu-In预制层

2.4.1 SEM形貌表征

2.4.2 XRD相分析

2.5 高频感应炉蒸Se

2.5.1 高频感应炉蒸Se原理

2.5.2 实验参数

2.5.3 实验过程

2.5.4 实验结果及分析

2.6 RTP硒化制备CuInSe2薄膜

2.6.1 实验过程

2.6.2 实验参数

2.6.3 实验结果及分析

2.7 本章小结

参考文献

第三章 半密闭石墨盒RTP硒化共溅射Cu-In预制层制备CuInSe2薄膜

3.1 半密闭石墨盒法简介

3.1.1 石墨盒的优点

3.1.2 半密闭石墨盒法制备CuInSe2薄膜的研究概况

3.2 实验流程

3.3 共溅射法制备Cu-In预制层

3.3.1 实验过程

3.3.2 实验结果与分析

3.4 高频感应炉蒸硒

3.4.1 实验结果及分析

3.5 RTP硒化制备CuInSe2薄膜

3.5.1 气氛的影响

3.5.2 一段式和二段式热处理制度的影响

3.5.3 温度的影响

3.5.4 添加Se量的影响

3.5.5 石墨盒密闭性的影响

3.5.6 附着力研究总结

3.6 本章小结

参考文献

第四章 共硒硫化制备CuIn(S,Se)2薄膜

4.1 CuIn(S,Se)2薄膜简介

4.1.1 CuIn(S,Se)2薄膜的优点

4.1.2 CuIn(S,Se)2薄膜的制备过程的主要问题

4.1.3 CuIn(S,Se)2薄膜的研究概况

4.2 实验过程

4.3 真空共硒硫化制备CuIn(S,Se)2薄膜

4.3.1 硫硒比例的影响

4.3.2 衬底温度的影响

4.3.3 硒硫源温度的影响

4.3.4 两段式高温保温时间的初步研究

4.4 本章小结

参考文献

第五章 论文总结与展望

5.1 论文总结

5.2 存在的问题和研究展望

致谢

硕士期间论文发表情况