【摘 要】
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化合物半导体异质结CIGS 太阳电池作为薄膜电池的重要组成部分,拥有巨大发展潜力。其典型结构通常需要溅射、蒸发和水浴等若干种工艺来制备,为解决水浴工艺导致的非连续真空沉积问题、典型器件结构中CdS 缓冲层造成蓝光波段光损失问题以及制备回收过程Cd 元素对环境造成污染等问题[1,2],本文使用磁控溅射工艺制备宽带隙Zn(O,S)缓冲层替代CdS/i-ZnO 双层,实现工艺优化,同时提出双缓冲层制备工
【机 构】
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南开大学光电子薄膜器件与技术研究所,天津,300071 天津恒电空间电源有限公司,天津,30039
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化合物半导体异质结CIGS 太阳电池作为薄膜电池的重要组成部分,拥有巨大发展潜力。其典型结构通常需要溅射、蒸发和水浴等若干种工艺来制备,为解决水浴工艺导致的非连续真空沉积问题、典型器件结构中CdS 缓冲层造成蓝光波段光损失问题以及制备回收过程Cd 元素对环境造成污染等问题[1,2],本文使用磁控溅射工艺制备宽带隙Zn(O,S)缓冲层替代CdS/i-ZnO 双层,实现工艺优化,同时提出双缓冲层制备工艺改善CIGS/Zn(O,S)异质结界面特性。通过对比不同溅射功率和气压下制备的单Zn(O,S)缓冲层器件,发现在低功率高气压下制备的器件拥有较低的串联电阻,而在高功率低气压下制备的器件拥有较高的并联电阻,结合这两种工艺的优点,最终提出溅射沉积双Zn(O,S)缓冲层进行器件结构的优化。通过溅射沉积双Zn(O,S)缓冲层发现,相较于单缓冲层结构,双缓冲层电池的填充因子获得明显提高,得到了更高的器件效率,主要原因是由于电池能带结构得到了优化,同时减小了高溅射功率带来的界面溅射损伤或者低溅射功率带来的Zn(O,S)薄膜材料体缺陷；另外由于Zn(O,S)在吸收层与AZO 之间起到了折射率梯度过度的作用,最终减少了器件表面的光反射,增加到达吸收层的光通量。最终的器件研究结果表明,相较于对比组CdS 结构器件,Zn(O,S)作为缓冲层则短路电流可以增加3～4mA/cm2,提高约11％,开路电压损失60～80mV,降低约13％,而填充因子变化不大,器件的总体效率基本接近。
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