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随着人类社会的不断发展,能源紧缺和环境污染问题已经变得日益严峻,寻找可替代能源以解决未来人类对能源的需要已成燃眉之急。太阳能作为一种可再生能源日益受到人们的青睐,开发高效低成本的薄膜太阳能电池材料已经成为人们研究的热点,而具有黄铜矿相结构的CIS薄膜材料在太阳光伏领域中表现出的优越性越来越突出,典型的CIS薄膜材料包括CuInSe2与CuInS2,属于直接带隙半导体材料,其禁带宽度在1.05eV到1.7eV之间,与太阳光谱非常匹配,CIS薄膜材料的光吸收系数可高达105 cm-l,以此作为太阳能电池的光吸收层其厚度只需要1μm~2μm,因此CIS薄膜是一种最为理想的高效低成本太阳能电池光吸收层材料。
本文采用溅射Cu-In金属预置层后硒(硫)化技术制备CIS薄膜,利用XRD、SEM、EDS、分光光度计、四探针测试仪等薄膜分析手段表征CIS薄膜性能对制备工艺条件的依赖关系,探索Cu-In金属预置层制备的优化工艺和CIS薄膜的退火工艺条件。
论文采用脉冲磁控溅射技术制备Mo背电极,分析溅射时间、溅射功率等工艺参数对Mo薄膜厚度、沉积速率及方块电阻的影响,制备出了符合实验要求的Mo背电极。在已制各的Mo背电极上采用脉冲磁控溅射技术制备Cu-In金属预置层,研究得出了溅射时间与预置层厚度的关系;用后硒(硫)化方式制备出了CIS薄膜,重点分析了后硒(硫)化工艺中退火温度与退火时间对CIS薄膜电学性能、光学性能以及薄膜中Cu、In组分比例的影响。样品的测试结果表明,实验所制备的CIS薄膜样品均为P型半导体,CuInSe2与CuInS2两种薄膜样品的光电性能良好,其光吸收系数达到了104cm-1,符合太阳电池的要求。