CIGSe吸收层与Mo背电极接触界面层研究.pdf

第3l卷第6期 太阳能学报 V01．31．No．6 2010年6月 ACrAENERCIAESOLARISSINICA Jun．，2010 CIGSe吸收层与Mo背电极接触界面层研究 李春雷，庄大明，张 弓，栾和新，宋 军 (清华大学机械工程系，北京100084) 摘要：预制膜+硒化两步法可以实现大面积、均匀制备CIGSe太阳电池吸收层。在背电极Mo和吸收层CIGSe接 触界面上往往会形成由比较疏松包含一些孔洞的细小颗粒组成的界面层。该文通过对不同结构的预制膜进行硒 化，分析了这一界面层的产生原因，认为Ga元素在背电极处的富集导致形成了细小的晶粒；在硒化过程开始阶段 由于界面处se含量较少形成了具有挥发性的址Se，进而导致了界面层中孔洞的形成。 关键词：CIGSe；溅射；硒化；Mo薄膜；太阳电池 中图分类号：TM615 文献标识码：A O 引 舌 下的熔炼制得，晶粒细小均匀，纯度均大于99．99％。 铜铟镓硒(CIGSe)薄膜太阳电池是一种非常有 靶材的有效尺寸为120mm×250mm。 应用前景的太阳电池¨川，它制备方法简单、稳定性 磁控溅射设备为双靶位中频交流磁控溅射设 高、成本低、适应范围广[5卅。目前，制备CIGSe太阳 备，设备示意图如图1所示。真空室为圆筒形腔体， 电池吸收层的主要工艺是共蒸发法和硒化法[8“引， 腔体壁上配有两个靶位，靶位间夹角为1200。溅射 其中共蒸发法的实验室最高转化效率已达 时基片固定在基片架上，基片架以14r／rain的速度旋 19．9％[11’12]，但共蒸发工艺中存在成分和性能不易 转，基片与靶材表面距离50ram。 均匀的问题[13|。采用磁控溅射制备铜铟镓(CIG)合 金预制膜+硒化两步法工艺则在保证大面积薄膜厚 度和性能的均匀性方面具有优势。 本文采用预制膜+硒化两步法制备CIGSe太阳 电池吸收层，即先采用磁控溅射的方法在Mo电极上 溅射制备CIG合金预制膜，然后将预制膜放在特定 的硒化设备中进行硒化，进而制备出大面积、均匀的 CIGSe吸收层。然而在研究中发现，采用两步法制备 CIGSe薄膜时，往往会在CIGSe和Mo电极的接触界 、 观察窗 面会形成一层由比较疏松甚至包含一些孔洞的细小 颗粒组成的界面层。这些缺陷的存在势必会影响 图1溅射腔体俯视示意图 CIGSe薄膜太阳电池的光电转化效率的提高。本文 ofthe Schematic chamber Fig．1 sputtering 对这种缺陷产生的原因进行了研究和分析。 图2是预制膜的硒化设备示意图。硒化过程 为：将硒化样品在预热室预热后，移至硒化室中进行 1实验方法 硒化，然后出片。所用的硒化样品为已先后在玻璃 采用磁控溅射的方法制备铜铟镓(CuInGa)合金 基底上沉积了Mo层和CuInGa预制膜的前驱试样 预制膜，所用靶材为具有一定原子比例的Culn靶材(Glass／Mo／CIG)。 收稿日期：2008—10-30 基金项目：国家高新技术研究发展(863)计划(2／D