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 ogies

Jan .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:A

Preparati on and Characterizati on of ZnS Buffer Layers for

Cu (I n,Ga )Se 2Thin Fil m Solar Cells

WANG 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 pectra

0　引　言

ZnS 是具有3.65e V 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 I GS )

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 I GS/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 。

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(Che m ical Bath Depositi on 2CBD )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、

(NH 4)2S 2O 3为主要试剂制备ZnS 薄膜,用(NH 4)2S 2O 3作为硫源的还没有见到报道。利用SE M 、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。

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30m in 。用量筒量取一定体积预先配制好的0.5mol/L 的ZnS O 4・7H 2O 溶液和0.5mol/L 的(NH 4)2S 2O 3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 /MAX 2RB 型X 2射线衍射仪分析薄膜晶体类型和物

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