激光刻蚀模板中电沉积特殊结构cigs薄膜.pdfVIP

电 化 学 JOURNAL OF ELECTROCHEMISTRY DOI: 10.13208/j.electrochem.170446 Artical ID: 1006-3471(2017)00-0000-00 Cite this: J. Electrochem. 2017, 23(0): 000-000 Http:// 激光刻蚀模板中电沉积特殊结构CIGS 薄膜 5 于金芝，连叶，张锦秋，杨培霞，安茂忠* （哈尔滨工业大学化工与化学学院，黑龙江哈尔滨 150001） 摘要：利用激光刻蚀模板，在水溶液中电沉积制备金属铜薄膜，讨论了温度、电流、硫酸铜浓度对薄 膜形貌的影响. 采用SEM 对制备的铜薄膜进行表征，结果表明在沉积温度为30 ℃，沉积电流为4 A ·dm-2(表 10 观工作电流密度)，硫酸铜浓度在20 ~ 50 g ·L-1 的水溶液中电沉积可以得到中空馒头状和开口碗状结构的铜 薄膜. 利用激光刻蚀模板，在离子液体1-丁基-3- 甲基咪唑三氟甲磺酸盐([BMI][TfO]) - 30 Vol%丙醇混合电解 质中电沉积CIGS 薄膜，讨论了沉积电势、沉积时间对薄膜形貌的影响. SEM 观察发现，在沉积电势为-1.8 V ， 沉积时间为 1.5 h 条件下电沉积可以得到近似柱状的簇状花束样的CIGS 薄膜. 电沉积铜后再进一步电沉积 CIGS，得到了均匀有序的鼓包柱状结构的Cu/CIGS 复合薄膜. 用恒电势方波法对制备的薄膜真实表面积进 15 行测试，计算结果表明，与无模板电沉积制备的 CIGS 薄膜相比，激光刻蚀模板法制备的 Cu/CIGS 复合薄 膜的表面积提高了约8 倍. 关键词：电沉积；CIGS；激光刻蚀；模板法；离子液体 中图分类号：O646 文献标识码：A 20 近年来，随着能源问题的日益严峻，人们逐渐开始关注太阳能的开发与利用. 薄膜太阳能 电池具有较高的转换效率，其制造成本相对较低，现已成为太阳能电池的研究热点，其中铜铟 镓硒（CIGS ）薄膜太阳能电池更是备受关注. CIGS 薄膜的制备方法有很多种，而电沉积法具 有成本低、生产效率高、可获得高质量的薄膜等优势. CIGS 有比较合适的禁带宽度，其禁带宽 [1] 5 -1[2] 度大约为1.05～1.67 eV ，其吸收系数大致为10 cm . 研究表明，由电沉积得到的CIGS 薄 _________________ 收稿日期： 2017-04-10 ，修订日期： 2017-05-04， *通讯作者, Tel: （86-451 E-mail: mzan@hit. edu. cn 国家自然科学基金项目）资助 于金芝等：激光刻蚀模板中电沉积特殊结构CIGS 薄膜 膜的转换效率达到了 15.4%[3,4]. 利用电沉积法制备铜铟镓硒太阳能电池吸收层具有很好的应 [5,6] 用前景 . 由于离子液体的电化学窗口比较宽，而且具有一定的热稳定性，并可以有效地避免 析氢反应的发生，可提高沉积效率，从而引起了人们开展离子液体电沉积CIGS 薄膜的极大兴 [7] 趣. Shivagan 等人 利用离子液体氯化胆碱/尿素混合熔体电解液，在研究沉积电势与溶液组成 5 影响的基础上，优化出了得到Cu-In 、Cu-In-Se、Cu-In-Ga-Se 前驱体的沉积条件，对前驱体在 500 ℃下热处理30 min ，可形成禁带宽度分别为1.00 eV 和1.09 eV 的CIS 薄膜及CIGS 薄膜. 本 课题组探讨了[BMIm][ TfO]-醇混合体系电解液中电沉