CIGS太阳能电池缓冲层ZnS薄膜的制备与表征
CIGS薄膜太阳能电池材料的制备 结构及性能研究
三、玻璃基太阳能电池薄膜材料的性能研究
2、电学性能：薄膜材料的电学性能主要包括导电性能、电荷传输性能和接触 电阻等。这些性能直接影响着太阳能电池的电流和电压输出。因此，研究薄膜材 料的电学性能及其影响因素，有助于提高太阳能电池的电学性能和稳定性。
三、玻璃基太阳能电池薄膜材料的性能研究
3、稳定性：太阳能电池在长期使用过程中会受到环境因素的影响，如光照、 温度、湿度等。因此，研究薄膜材料的稳定性及其影响因素，有助于提高太阳能 电池的使用寿命和稳定性。
三、CIGS薄膜太阳能电池材料的性能研究
1、光学性能：CIGS薄膜具有较高的光学吸收系数，这使得其能够有效地吸收 太阳光并转化为电能。在可见光波段，CIGS薄膜的吸收系数大于10^4 cm-1，而 在红外波段，吸收系数则下降至3000-4000 cm-1。
三、CIGS薄膜太阳能电池材料的性能研究
三、CIGS薄膜太阳能电池材料的性能研究
4、环境友好性：CIGS太阳能电池在生产和使用过程中产生的环境污染较小， 且材料可回收再利用。这使得其成为一种具有可持续发展潜力的能源形式。
参考内容
内容摘要
随着全球对可再生能源需求的日益增长，薄膜太阳能电池作为一种清洁、高 效、可灵活制备的能源转换技术，受到了广泛。其中，铜、铟、镓、硒（CIGS） 薄膜太阳能电池是研究最为活跃的一类。CIGS太阳能电池具有高光电转换效率、 低成本、可柔性制备等优势，被认为是下一代薄膜太阳能电池的主流技术之一。 本次演示将对CIGS薄膜太阳能电池吸收层的制备工艺进行综述。
溶液处理法制备CIGS薄膜一般包括：溶液混合、薄膜沉积和硒化处理等步骤。 在制备过程中，各元素的化学计量比、溶液浓度、沉积温度和硒化条件等因素对 薄膜的结构和性能有重要影响。因此，优化制备工艺，实现CIGS薄膜的可控制备， 对于提高CIGS太阳能电池的光电转换效率具有重要意义。
CIGS薄膜太阳能电池吸收层制备工艺综述
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的电学特性，因此ＣＩＳ基太阳能电池对杂质、粒径以及晶体缺陷不如其他电池那么敏感嗍。与ＩＩ—Ｖｌ族化合物
郭杏元等：ＣＩＧＳ薄膜太阳能电池吸收层制得工艺综述
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２．２
ＣＩＧＳ吸收层制备工艺 在ＣＩＧＳ薄膜太阳能电池的制备过程中，吸收层的制备工艺起着决定性的作用。它不但与降低生产成本
息息相关，而且与转化效率、能否大规模生产等产业化中的问题密不可分。目前ＣＩＧＳ薄膜太阳能电池的主要 研发生产商为：Ｇｌｏｂａｌ
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２．Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ
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CIGS薄膜太阳能电池的研究及制备
CIGS薄膜太阳能电池的研究及制备摘要：CuIn1-xGaxSe2（CIGS）薄膜太阳能电池以其效率高、稳定性强、耐辐射、耗材少等众多优点成为近些年太阳能电池领域的研究热点。
这种电池的性能主要由吸收层 CIGS薄膜的质量决定，目前其主要制备方法有：共蒸发法、金属预置层后硒化法、电沉积法和喷雾高温分解法等，然而由于 CIGS 薄膜结构复杂，结晶成膜要求条件较高，以共蒸发法和金属预制层后硒化法为主的制备方法还存在着各种各样的问题，阻碍了其产业化的进程。
本文利用磁控溅射方法制备了 CIGS 薄膜太阳能电池各层薄膜，研究了溅射的工艺参数以及退火温度对薄膜结构和各种性能的影响。
关键词：CIGS薄膜太阳能电池,磁控溅射,合金靶,固态硒源,硒化1 引言能源和环境是二十一世纪面临的两个重大问题，据估纠¨，以现在的能源消耗速度，可开采的石油资源将在几十年后耗尽，煤炭资源也只能供应人类使用约200年。
随着全球经济的发展，尤其是中国、印度等新兴国家经济的快速增长，整个世界正在以前所未有的速度消耗自然资源，这也是世界原油、煤炭价格飙升的一种基本因素。
2004年，世界一次能源消费构成中煤炭占27．2％、石油占36．8％、天然气23．7％、水电占6．2％、核电占6．1％；同期中国一次能源消费成中煤炭占69．0％、石油占22．3％、天然气占2．5％、水电占5．4％和核电占O．82％。
随着一次性能源走向枯竭；未来人类将无可选择地依赖太阳能、风能、核能等清洁能源；尤其是取之不尽的太阳能。
正因为如此，即便在成本高企的现状下世界各国政府依然未雨绸缪，在政策上给予大力的支持，推动光伏产业的高速发展。
因此，太阳能光伏发电成为了世界上各种能源中发展最快的能源之一，世界光伏产业在上世纪80年代至90年代中期，年平均年增长率为15％左右。
90年代后期，世界市场出现了供不应求的局面，发展更加迅速。
1997年世界太阳电池光伏组件生产达122MW(太阳能电池的峰值功率，通常可用Wp表示)，比1996年增长了38％，是4年前的2倍，是7年前的3倍，超过集成电路工业。
CIGS太阳能电池缓冲层ZnS薄膜的制备与表征
2008年1月25日第25卷第1期通信电源技术Telecom Power Technol ogiesJan .25,2008,Vol .25No .1收稿日期:2007209225作者简介:王世成(19812),男,江苏盐城人,北京科技大学硕士研究生,主要研究方向为功能材料,薄膜太阳能电池。
文章编号:100923664(2008)0120066203设计应用C I GS 太阳能电池缓冲层ZnS 薄膜的制备与表征王世成1,杨永刚1,果世驹1,倪沛然2(1.北京科技大学材料学院,北京100083;2.无锡爱芯科微电子有限公司,江苏无锡214028) 摘要:以硫酸锌、(NH 4)2S 2O 3混合溶液为前驱体溶液,加入少量的柠檬酸钠和丙三醇为络合剂和分散剂,采用化学浴沉积法在玻璃衬底上成功制备了表面均匀的ZnS 薄膜。
研究了沉积时间和退火时间对ZnS 薄膜质量的影响,并运用扫描电镜(SE M )、X 射线衍射(XRD )、紫外2可见光光度计对薄膜进行分析和表征。
结果表明:在沉积时间为90m in,退火温度为200℃时制得的薄膜性能较好,晶体结构为纤锌矿结构。
制备的薄膜透过率(λ>400n m )约为80%,薄膜的禁带宽度约为3.75e V 。
通过添加少量的分散剂丙三醇可以改善ZnS 薄膜质量。
退火温度为300℃,薄膜表面形貌均匀致密。
关键词:ZnS 薄膜;化学浴沉积法;X 射线衍射;紫外2可见光光度计中图分类号:T M 341文献标识码:APreparati on and Characterizati on of ZnS Buffer Layers forCu (I n,Ga )Se 2Thin Fil m Solar CellsWANG Shi 2cheng 1,Y ANG Yong 2gang 1,G UO Shi 2ju 1,L I Pei 2ran 2(1.University of Science and Technol ogy,Beijing 100083,China;2.W uxi A sic M icr o Electr onics Co .L td .,W uxi 214028,China )Abstract:ZnS thin fil m s were p repared on glass sides by che m ical bath depositi on (CBD ),using zinc sulfate and (NH 4)2S 2O 3as p recurs or aqueous s oluti ons,a little a mount of s odiu m citrate is used as comp lexing agent and glycer ol as dis perse agent,the surfaces of deposited thin fil m s were homogeneous .The quality of ZnS fil m s f or med at vari ous depositi on ti m es and anneals te m 2peratures is studied .The p r operties of ZnS thin fil m s were investigated by SE M 、XRD 、UV 2V is s pectra .The results of analyses show that α2ZnS structure thin fil m s with better quality can be fabricated at anneal temperature of 200℃and depositi on ti m e of 90m in .Trans m issi on measure ments show that the op tical trans m ittance is about 80%when the wavelength is over 400n m.The band gap (Eg )value of the deposited fil m is about 3.75e V.It is f ound that a little a mount of glycer ol can i m p r ove the quality of ZnS fil m s .ZnS fil m s are unifor m ity and compact when anneal te mperature is 300℃.Key words:ZnS thin fil m s;chem ical bath depositi on (C BD );XRD;UV 2V is s pectra0 引 言ZnS 是具有3.65e V 禁带宽度的本征半导体[1]。
铜铟镓硒太阳能电池材料的制备与性能研究
铜铟镓硒太阳能电池材料的制备与性能研究随着人们对可再生能源的需求逐渐增加，太阳能作为一种清洁、可再生的能源得到了广泛关注。
铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池因其光电转换效率高、生产成本低等优势逐渐成为研究的热点。
本文将就CIGS太阳能电池材料的制备以及相关性能研究进行探讨。
**1. 制备过程**CIGS太阳能电池的制备通常通过薄膜沉积工艺实现。
一种常见的方法是使用真空蒸发工艺，将铜、铟、镓、硒等多种材料依次蒸发到基底材料上，形成CIGS薄膜。
在薄膜形成后，进行热处理以形成结晶结构并提高其光电特性。
此外，还可以采用溶液法、喷雾法等制备CIGS薄膜，这些方法在提高生产效率和降低制备成本方面具有潜在优势。
**2. 结构与组成**CIGS薄膜通常为多层结构，包括玻璃基底、导电氧化物薄膜、CIGS吸收层、缓冲层和金属载流子层等。
其中，CIGS吸收层是整个太阳能电池的关键部分，其元素配比和结晶质量直接影响电池的性能表现。
**3. 光电性能**CIGS太阳能电池具有良好的光电转换效率，这得益于其近理想的光吸收特性和长寿命的载流子。
通过调节CIGS薄膜的晶格缺陷及优化界面特性，可以改善其光电性能。
此外，研究人员还在探索提高CIGS太阳能电池的稳定性和可靠性，以满足实际应用的需求。
**4. 可持续性发展**CIGS太阳能电池材料的制备及性能研究不仅关乎能源产业的发展，还涉及到环境保护和可持续发展。
相比于传统化石能源，太阳能电池产生的环境影响更小，而CIGS太阳能电池具有更高的能源利用效率，未来有望成为清洁能源的重要组成部分。
**5. 结语**随着能源行业的发展和技术的进步，CIGS太阳能电池材料的制备与性能研究将继续得到更深入的探索和改进。
我们对此持乐观态度，相信CIGS太阳能电池将在未来的能源领域发挥重要作用，为人类社会的可持续发展贡献力量。
CIGS薄膜太阳能电池的原理及制备ppt
03
cigs薄膜太阳能电池制备工艺
制备步骤及主要设备
准备阶段
选择合适的衬底，进行抛光处理和清洗。
薄膜制备
利用化学气相沉积或物理气相沉积技术，在衬底上制备 吸收层。
制绒处理
通过化学或物理方法，对吸收层表面进行处理，形成绒 面结构。
薄膜层制备
在制绒处理后的吸收层表面上制备薄膜层。
测试与封装
进行性能测试和可靠性验证，封装成完整的太阳能电池 。
高光电转换效率
CIGS薄膜太阳能电池的光电转换效 率较高，可达到15%以上。
长寿命
CIGS薄膜太阳能电池具有长寿命和 稳定的性能表现，可达到20年以上 。
良好的耐候性
CIGS薄膜太阳能电池具有良好的耐 候性，可在各种恶劣环境下使用。
绿色环保
CIGS薄膜太阳能电池生产过程中不 产生有害物质，同时报废后易于回 收利用。
可以利用cigs薄膜太阳能电池为环境监测设 备供电，同时监测设备的传感器可以实时监 测环境参数。
06
结论与展望
主要研究结论
建立了基于MOFs的Cigs薄膜太阳能电池的制备方案 揭示了Cigs薄膜的形貌、结构与光电性能之间的关系
确定了最佳制备条件，包括前驱体浓度、热解温度和 气氛等
发现Cigs薄膜太阳能电池的效率达到10%以上，具有 较高应用前景
压力
化学气相沉积和物理气 相沉积过程中，压力会 影响薄膜的致密性和晶 体结构。
气体流量与组 成
化学气相沉积过程中， 气体流量与组成会影响 薄膜的成分和结构。
沉积时间
化学气相沉积和物理气 相沉积过程中，沉积时 间会影响薄膜的厚度和 晶体结构。
激光功率与扫 描速度
制绒处理过程中，激光 功率与扫描速度会影响 绒面结构和吸收性能。
CIGS薄膜太阳能电池缓冲层CdS薄膜的制备研究
CIGS薄膜太阳能电池缓冲层CdS薄膜的制备研究何丽秋（广西地凯光伏能源有限公司，广西贺州，530003）摘要：目前CdS材料的制备方法有很多种，但是最常用的是化学水浴法。
本文研究了浓度、反应溶液ｐＨ值、温度、沉积时间对CdS缓冲层薄膜的影响，对CIGS薄膜太阳能电池缓冲层CdS薄膜的制备方法进行了论述。
关键词：CIGS ;太阳能电池; CdS;综述Studies on chemical bath deposited CdS buffer layers for CIGS thin filmsolar cellsHe Liqiu(Guangxi DiKai solar energy CO.,LTD, Guangxi HeZhou,530003) Abstract：At present,the preparation methods of CdS has many kinds,The chemical bath deposition(CBD)is the most commonly method.In this review,the effects of concentration,pH,temperature and deposition time on the CdS buffer layer were studied.The preparation methods of CIGS thin film for CdS thin film solar cells were discussed.Keywords：CIGS;solar cell;CdS;Review1 CdS薄膜的影响因素CdS材料作为一种直接带隙的ｎ型半导体,可以较好提高CIGS太阳能电池的性能，是目前CIGS太阳能电池使用率最高的材料。
经研究分析，发现对该材料的制备产生影响的因素主要如下：1.1 浓度对CdS薄膜的影响。
敖建平和孙云发表的《CIGS电池缓冲层CdS的制备工艺及物理性能》一文中，指出醋酸铵硫脲浓度对CdS薄膜的晶相沉积速度有着相关的联系。
cigs薄膜太阳能电池的原理及制备
cigs薄膜太阳能电池性能改
04
进及优化
优化设计薄膜结构
优化薄膜厚度
通过调整薄膜厚度，可以优化太阳能电池的光吸收和载流子输运性能。较薄的薄膜可以增 加光吸收，但可能影响载流子的输运效率；较厚的薄膜可以提供更多的载流子输运通道， 但可能降低光吸收。因此，需要找到合适的厚度平衡点，以实现最佳性能。
调整薄膜成分
目前CIGS薄膜太阳能 电池的生产效率相对 较低，影响了其大规 模应用。
环保问题
CIGS薄膜太阳能电池 的生产过程中可能产 生环境污染，需要采 取环保措施降低对环 境的影响。
06
Байду номын сангаас
结论与展望
研究成果总结
高效性能
通过优化薄膜厚度和结构，CIGS薄膜 太阳能电池展现出了高效的性能，其
光电转换效率高达20%以上。
短路电流（ISC）
在零负载条件下，太阳能 电池的最大输出电流。
填充因子（FF）
衡量太阳能电池整体效率 的重要参数，等于最大输 出功率与开路电压和短路 电流乘积之比。
转换效率（η）
太阳能电池将光能转换为 电能的效率，通常以百分 比表示。
cigs薄膜太阳能电池制备方
03
法
真空蒸镀法
原理：真空蒸镀法是一种物理气相沉积技术，其 原理是将待沉积的材料置于真空室中，通过加热 蒸发材料并使其沉积在基底上，形成薄膜。
低成本
相对于传统的硅基太阳能电池，CIGS 薄膜太阳能电池具有较低的生产成本
，有利于大规模应用和推广。
稳定性良好
CIGS薄膜太阳能电池具有良好的热稳 定性和化学稳定性，能够在各种环境 下稳定运行。
应用广泛
CIGS薄膜太阳能电池适用于各种表面 和形状，如建筑、汽车、航空航天等 领域。
CIGS薄膜太阳能电池缓冲层的研究及其发展
2010年（第39卷）第3期甘肃科技纵横CIGS薄膜太阳能电池缓冲层的研究及其发展赵静，王智平，王克振，冯晶晖（兰州理工大学可再生能源研究院，甘肃兰州730050）摘要：本论述简要介绍了CIGS薄膜太阳能电池缓冲层的发展，重点阐述了CdS和ZnS缓冲层的研究现状，指出缓冲层的制备工艺上以化学水浴法居多，从成膜机理到工艺参数的优化都做了充分的研究，对真空蒸发法的制备工艺研究则相对较少，而且大部分都集中在蒸发温度、衬底温度和沉积温度对薄膜性能的影响上。
最后指出了发展过程中遇到的两个问题：一Cd对环境的污染，二化学水浴法不利于工业化大生产。
关键词：CIGS；薄膜电池；缓冲层；CdS薄膜；ZnS薄膜CIGS薄膜太阳能电池的典型结构为Al/MgF2/ ZnO/CdS/CIGS/Mo/衬底，并以衬底为支撑。
该电池成本低，性能稳定、抗辐射能力强、光电转换效率高、光谱响应范围宽、弱光性好，有可能成为未来光伏电池的主流产品之一。
不加缓冲层CdS，其转换效率只有7％。
如果在ZnO和CIGS之间加上缓冲层CdS，则太阳能电池的转换效率达到11％至13％，缓冲层改善了CIGS太阳能电池的性能[1]。
由于缓冲层中含有有毒元素Cd，限制了薄膜太阳能电池的大规模使用；同时其制备工艺通常采用化学水浴法，但制备电池器件需要进出真空室，不利于一次成型，限制了电池的大规模生产。
正是由于缓冲层对CIGS薄膜太阳能电池有着重要影响，使得很多学者对它做了深入的研究。
1缓冲层的形成及发展1974年Bell实验室的Wagner等人[2]采用提拉法制备出了第一块CIS太阳能电池。
到了1975年，经过结构改进，电池的光电转换效率为12．5％，这是CIGS 太阳能电池的雏形。
1982年Boeing公司采用ZnxCd1－xS代替CdS，电池效率为10％[3]。
直到1985年，R．R．Potter等人[4]才研究出了目前这种CIS电池的基本结构，即其中铜铟硒（CIS）为吸收层，CdS为缓冲层，ZnO 为窗口层，这种结构改善了电池的短波响应。
CIGS薄膜太阳能电池的制备
Cu、In、Ga、Se形成CIGS/CuxSe，为共蒸发阶段; 第二步，将衬底温度升高到550℃后，同时蒸发 In、Ga、Se，形成CIGS薄膜
c) 三步法：第一步沉底温度为350℃左右蒸发In和Ga，形成
In2Se3、Ga2Se3。三族硒化物，第二步在沉底温度为 560℃左右蒸发Cu，形成富Cu的CCIS与CIGS薄膜的设 备的构造图
Ga的蒸发
预抽真空到2×10-3Pa，移动携带寸底的（玻璃 +Mo）的小车到正对Ga舟的位置，寸底温度保持室 温，缓慢加热Ga舟至发红透亮且Ga呈熔融态，温 度在700℃时开始蒸发Ga，时间大约是10分钟左右， 其厚度在100nm左右
In和Cu的溅射
参考文献
[1] Growth of polycrystalline CIGS thin films using a radio frequency-cracked Se-radical beam source and application for photovoltaic devices A.P.L .91, 041902(2007) [2] Schock H W ，Noufi R. CIGS-based solar ceils for the next millennium [J]．Frog Photovolt Res，2000，8:151 [3] 溅射预制层固态源硒化法制备CIGS（铜铟镓硒）薄膜太阳电池，李伟，南开大学 [4] Kronik L，Rau U，Guillemoles J F，et a1.Interface redox engineering of CIGS一 based solar ceils—oxygen，sodiurn，and chemical bath effects [J]．Thin Solid Films， 2000，361-362：353
铜铟镓硒太阳能电池和半导体器件的制备与性能优化
铜铟镓硒太阳能电池和半导体器件的制备与性能优化铜铟镓硒（CIGS）太阳能电池作为一种高效的薄膜光伏材料，在可再生能源领域备受关注。
本文将介绍CIGS太阳能电池和半导体器件的制备过程，并探讨如何优化其性能。
1. CIGS太阳能电池的制备过程CIGS太阳能电池的制备主要包括以下几个步骤：1.1 基板清洗首先，将玻璃或复合金属基板进行清洗，以去除表面的杂质和污染物，确保接下来的制备过程中获得干净的基板。
1.2 氧化层制备在基板表面形成适当的氧化层，常用的方法有热氧化和物理气相沉积（PECVD）。
氧化层的形成可以增强材料的吸附性能和界面结合强度。
1.3 材料沉积将铜、铟和镓等金属元素以适当的比例沉积在氧化层上，形成CIGS薄膜。
沉积方法主要有物理气相沉积、磁控溅射和蒸发等。
1.4 烧结和晶化通过高温处理使金属元素发生扩散和反应，形成CIGS晶体结构。
烧结和晶化过程中的温度和时间控制非常重要，它们直接影响到CIGS薄膜的结晶度和光电转换效率。
1.5 背电极制备在CIGS薄膜上沉积背电极，常用的材料是钼。
背电极起到电子收集和传输的作用，对太阳能电池的性能有重要影响。
1.6 正电极制备在背电极上制备透明导电氧化物层，例如氧化锌（ZnO）和氧化镓锌（IGZO）。
正电极的制备需要保证良好的透明性和导电性。
2. CIGS太阳能电池性能的优化为了提高CIGS太阳能电池的性能，可以从以下几个方面进行优化：2.1 材料组成和晶体结构调节CIGS薄膜中铜、铟、镓和硒的比例，以满足最佳的能带结构和光电转换效率。
此外，通过控制烧结和晶化条件，可以改善晶体结构和缺陷密度，提高载流子迁移性能。
2.2 光吸收层厚度CIGS薄膜的厚度对光吸收和载流子产生的效率有影响。
通过适当调整光吸收层的厚度，可以最大限度地充分吸收太阳能光子，提高光电转换效率。
2.3 界面和接触优化CIGS与背电极和正电极之间的界面和接触能够提高电子和空穴的收集效率。
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2 实验结果和讨论
2. 1 薄膜的 XRD 分析 在本次实验中 ,对 ZnS薄膜的单个衍射图谱进行
分析发现 。即使在 400 ～500 ℃较高温度下退火也没 有出现明显的强峰 , 表明所制备的 ZnS薄膜非常的 薄。 有研究表明薄膜越厚其晶体结晶度越高 ,晶体结 构的有序度也越好 [ 5 ] 。所以有必要进行多次沉积使 薄膜达到一定的厚度 ,本次实验中采用三次沉积制备 ZnS薄膜 。
图 1是 CBD 制备的 ZnS薄膜分别在未退火以及 200 ℃、300 ℃和 400 ℃退火后的 XRD 图谱 。可以发 现 ,当薄膜未进行退火处理时的 XRD 图谱中未出现明 显的 衍 射 峰 值 , 是 非 晶 状 态 的 , 结 晶 状 态 不 好 。在 200 ℃下退火 1 h时和 200 ℃退火时间 2 h发现时间 延长衍射峰的强度增加了 。在退火时间相同 ( 2 h)的 情况下 ,衍射峰的强度随着退火的温度增加而逐渐增 强 , ZnS晶粒晶化现象愈趋明显 。
Jan. 25, 2008 , Vol. 25 No. 1
式中 , hv = hc /λ。 而吸收系数与透射率有如下关系 :
a = ln (1 / T) d 式中 , d为薄膜厚度 ; T为透射率 ; k为波尔兹曼常数 ; Eg为半导体的禁带宽度 ;λ为波长 。
图 2 在 60 ℃和 80 ℃时 ZnS薄膜厚度随沉积时间变化曲线
2. 3 ZnS薄膜的光学性能和禁带宽度 ZnS薄膜的透射谱如图 3 所示 (所用的波长范围
为 200 ～ 900 nm ) , 一 般 文 献 报 道 透 过 率 为 35 ～ 90%。
图 1 ZnS薄膜的 X射线衍射图谱
退火温度在 200 ℃,在 2θ = 29. 45 °出现一强峰 对应 α2ZnS 结 构 的 ( 103 ) 晶 面 。当 退 火 温 度 为 400 ℃,结晶状态明显较好 。因为退火温度高 ,时间 长 ,退火处理相对要充分 。在整个衍射图谱中并没 有发现与面心立方 ZnS结构相对应的峰值 。可以确 定本次实验中沉积的 ZnS薄膜具有纤锌矿 (六方结 构即 α2ZnS)结构 。 2. 2 反应温度和沉积时间对 ZnS薄膜厚度的影响
Key words: ZnS thin film s; chem ical bath deposition (CBD ) ; XRD; UV 2V is spectra
0 引 言
ZnS是具有 3. 65 eV 禁带宽度的本征半导体 [ 1 ] 。 兼有闪锌矿 (面心立方结构即 β2ZnS)和纤锌矿 (六方 结构即 α2ZnS)两种结构 [ 2 ] 。在铜铟镓硒 (简称 C IGS) 电池中充当缓冲层 ,是制作薄膜太阳电池的优良材料 。 目前在太阳能薄膜电池中广泛应用的缓冲层是硫化镉 (CdS) 。但是作为过渡层的 CdS薄膜 ,在制备过程中 涉及到有毒的 Cd离子 ,所以需要寻找一种具有同等 性能且无毒的材料来代替 CdS薄膜 。目前已经有报 道 [ 3 ] , C IGS / ZnS异质结结构的太阳电池的转换效率已 达到 18. 6 % [ 4 ] ,所以 ZnS薄膜有望取代 CdS。
2008年 1月 25日第 25卷第 1期
文章编号 : 1009 23664 (2008 ) 01 20066 203
通信电源技术
Telecom Power Technologies
Jan. 25 Βιβλιοθήκη 2008, Vol. 25 No. 1
设计应用
C IGS太阳能电池缓冲层 ZnS薄膜的制备与表征
通信电源技术
2008年 1月 25日第 25卷第 1期
王世成 等 : C IGS太阳能电池 缓冲层 ZnS薄膜的制备与表征
Telecom Power Technologies Jan. 25, 2008 , Vol. 25 No. 1
相组成 ,靶材为 Cu Ka。利用 LEO 21450 型扫描电镜对 薄膜的显微结构进行观测 ,并用其配备的 Kevex Super2 D ry型能谱仪 ( EDS) 对其组成相的成份进行能谱分 析 。DR /4000U 紫外可见分光光度计测量在不同波长 下薄膜的透射率 。
收稿日期 : 2007 209225 作者简介 : 王世成 (19812) ,男 ,江苏盐城人 ,北京科技大学硕士 研究生 ,主要研究方向为功能材料 ,薄膜太阳能电池 。
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制备 ZnS薄膜 ,用 (NH4 ) 2 S2 O3作为硫源的还没有见到 报道 。利用 SEM、XRD 和紫外 2可见光透射谱研究了 制备过程中沉积时间以及退火时间对薄膜的结构 、形 貌以及光学性能的影响 。
薄膜光学禁带宽度的大小可以用 ( ahv) 22hv曲线 来求得 [ 7 ] , 因为 ZnS是直接禁带隙的材料 ,其禁带宽 度与吸收系数有以下的关系 :
1
k ( hv - Eg) 2 a=
hv
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2008年 1月 25日第 25卷第 1期
通信电源技术
Telecom Power Technologies
1 实验方法
本实验选用了纳钙玻璃为衬底 ,将衬底分别在丙 酮 、酒精和去离子水中超声 30 m in。用量筒量取一定 体积预先配制好的 0. 5 mol/L 的 ZnSO4·7H2 O 溶液和 0. 5 mol/L 的 (NH4 ) 2 S2 O3溶液 ; 加入烧杯中 , 持续搅 拌 ,加入一定体积浓度的柠檬酸钠溶液 ,作为络合剂和 缓冲剂 。用恒温磁力搅拌器不停地搅拌 ,再加入一定 体积的丙三醇作为分散剂 ,此时溶液变清 。将水浴锅 调到合适温度 ,将经过预处理的玻璃衬底垂直放入烧 杯中 。在烧杯口处盖上表面皿以防止试剂的挥发流 失 ,开始沉积薄膜 ,经过预定时间的沉积 ,将样品取出 后 ,用去离子水冲去膜表面的固体沉淀粒子 ,干燥后得 到能用于测量表征的 ZnS薄膜 。在氮气气氛的保护 下 ,将薄膜置于电阻炉中进行退火处理 。用 R igaku、 D /MAX2RB 型 X2射线衍射仪分析薄膜晶体类型和物
Abstract: ZnS thin film s were p repared on glass sides by chem ical bath deposition ( CBD ) , using zinc sulfate and (NH4 ) 2S2O3 as p recursor aqueous solutions, a little amount of sodium citrate is used as comp lexing agent and glycerol as disperse agent, the surfaces of deposited thin film s were homogeneous. The quality of ZnS film s formed at various deposition times and anneals tem2 peratures is studied. The p roperties of ZnS thin film s were investigated by SEM、XRD、UV 2V is spectra . The results of analyses show thatα2ZnS structure thin film s w ith better quality can be fabricated at anneal temperature of 200 ℃ and deposition time of 90 m in. Transm ission measurements show that the op tical transm ittance is about 80% when the wavelength is over 400 nm. The band gap ( Eg) value of the deposited film is about 3. 75 eV. It is found that a little amount of glycerol can imp rove the quality of ZnS film s. ZnS film s are uniform ity and compact when anneal temperature is 300 ℃.
本文采用廉价的 、适用于大面积沉积薄膜的技 术 ———化学浴沉积法 ( Chem ical B ath Deposition2CBD ) 制备 ZnS薄膜 。采用化学浴沉积法沉积 ZnS缓冲层 , 一般使用氨水以及氨水和水合肼作为 Zn离子的络合 剂 。本文探索了采用硫酸锌 、(NH4 ) 2 S2 O3为主要试剂
看出薄膜沉积结束 。由此可以清楚地看出沉积过程分 为快速增长阶段和饱和阶段两个不同阶段 ,这是薄膜 的典型的生长规律 [ 6 ] 。
图 2为薄膜厚度随温度的变化曲线 ,可以看出在 60 ℃和 80 ℃为快速增长阶段成线性生长 。速率大约 0. 7 nm /m in和 1. 0 nm /m in。温度的增加 ,提高了离子 的动能与它们内部的相互作用 。升温提高了薄膜的沉 积速率 ,相同的沉积时间 ,温度越高 ,溶液中 Zn离子和 S离子消耗越快 ,薄膜到达饱和膜厚的时间就越短 。 由其形貌分析可以知道沉积温度对能否成膜影响不 大 。饱和阶段薄膜的厚度增长不大 ,由于水浴内自由 试剂离子浓度急剧下降 ,耗尽了硫离子与锌离子 ,导致 沉积停止 。
关键词 : ZnS薄膜 ;化学浴沉积法 ; X射线衍射 ;紫外 2可见光光度计
中图分类号 : TM341
文献标识码 : A
Preparation and Characterization of ZnS B uffer Layers for Cu ( In, Ga) Se2 Thin Film Solar Cells