一步法电化学沉积Cu(In1-x， Gax)Se2薄膜的特性

在CuCl2、InCl3、GaCl3及H2SeO3组成的酸性水溶液电沉积体系中,对Mo/玻璃衬底上一步法电沉积Cu(In1-x,Gax)Se2(简写为CIGS)薄膜进行了研究.为了稳定溶液的化学性质,在溶液中加入邻苯二甲酸氢钾和氨基磺酸作为pH缓冲剂,将溶液的pH值控制在约2.5,并提高薄膜中Ga的含量.通过大量实验优化了溶液组成及电沉积条件,得到接近化学计量比贫Cu的CIGS薄膜(当Cu与In+Ga的摩尔比为1时,称为符合化学计量比的CIGS薄膜;当其比值为0.8-1时,称为贫Cu或富In的CIGS薄膜)预置层,薄膜表面光亮、致密、无裂纹.利用循环伏安法初步研究了一步法电沉积CIGS薄膜的反应机理,在沉积过程中,Se4+离子先还原生成单质Se,再诱导Cu2+、Ga3+和In3+发生共沉积.电沉积CIGS薄膜预置层在固态硒源280℃蒸发的硒气氛中进行硒化再结晶,有效改善了薄膜的结晶结构,且成份基本不发生变化,但是表面会产生大量的裂纹.

Cu(In,Ga)Se_2薄膜电沉积制备及性能研究

采用Mo/钠钙玻璃衬底作为阴极,饱和甘汞电极(SCE)为参比电极,大面积的铂网电极作为阳极的三电极体系,以氯化铜,三氯化铟,三氯化镓和亚硒酸的水溶液为电解液,利用电沉积技术制备出黄铜矿结构Cu(In,Ga)Se2多晶薄膜。研究了不同热处理温度对C IGS多晶薄膜材料的组成、结构和表面形貌的影响以及薄膜的光电学性能。实验结果表明当热处理温度为450℃时,所制备的Cu(In,Ga)Se2薄膜的化学组成接近理想的化学计量比,薄膜具有黄铜矿结构,颗粒均匀,致密性较好,在室温下禁带宽度为1.43 eV,具有高的吸收系数。

柠檬酸钠的浓度对电沉积制备Cu(In,Ga)Se_2薄膜的影响(英文)

本文详细介绍了电沉积制备Cu(In,Ga)Se2(CIGS)薄膜的原理。电解液由CuCl2,InCl3,GaCl3和柠檬酸钠溶液组成。溶流组成通过改变柠檬酸钠的浓度,铟和镓的沉积电位接近或等于铜和硒的沉积电位。Cu(In,Ga)Se2薄膜的性能研究分别采用扫描电镜自带能谱仪(EDS)、X射线衍射(XRD)和扫描电镜分析Cu(In,Ga)Se2薄膜的化学组成、晶体结构和表面形貌。结果表明当柠檬酸钠浓度为1.0M时,所制备的Cu(In,Ga)Se2薄膜为单一的黄铜矿结构,晶粒大小均匀。

纳米金属氧化物制备多晶Cu(In,Ga)Se2薄膜反应过程及其性能研究

以铜铟镓纳米金属氧化物为起始原料,采用化学还原+固体硒源后硒化的方法在不锈钢表面制备出多晶Cu(In,Ga)Se2(CIGS)薄膜。采用场发射扫描电镜、高分辨透射电镜、能谱分析和X射线衍射等方法对制备过程中材料组成和结构的演变进行了研究,采用霍尔效应测试仪和吸收光谱分析等对多晶CIGS薄膜的性能进行了表征。研究结果表明,纳米金属氧化物主要含CuO、In2O3、Ga2O3和铜-铟、铜-镓二元合金氧化物等成分,在还原反应中逐渐转变成Cu11In9、Cu9In4等产物,同时薄膜中形成大量孔隙;硒化过程中,硒蒸气沿孔隙通道进入还原产物的晶格,反应生成CIS和CGS,从而形成具有黄铜矿结构的多晶CIGS薄膜;多晶CIGS薄膜表面晶粒排列紧密,属于p型半导体,其载流子浓度为2.3×1015cm-3,迁移率为217 cm2/(V.s),电阻率为36.cm,带隙宽度约为1.15 eV。

多层膜CIA预制层后硒化法制备Cu(In_(1-x)Al_x)Se_2薄膜的研究

本文用真空蒸发法在玻璃衬底上蒸镀Cu-In-Al多层膜,后采用真空硒化退火获得Al含量不同的Cu(In1-xAlx)Se2多晶薄膜。通过SEM和XRD微观形貌结构分析发现,薄膜中Al的含量对薄膜的表面形貌和结构有一定影响。Al/(In+Al)比例越大,越容易获得尺寸较小、分布比较均匀的晶粒。同时Al含量对薄膜的方阻有一定的影响,Al含量越高,方阻越大。而且Al含量的多少可以调节薄膜的禁带宽度的大小。

Cu(In_xGa_(1-x))Se_2薄膜太阳电池吸收层材料研究进展

简要介绍了Cu(InxGa1-x)Se2(CIGS)薄膜太阳电池的结构特点,阐述目前其吸收层材料CIGS薄膜典型制备方法的特点、研究应用现状及发展趋势;提出了目前CIGS薄膜太阳电池实现大规模商业化应用存在的问题,并对其发展进行展望。

Cu_2Sn(S,Se)_3薄膜的溶液法制备及其光电性能研究

采用低廉、简便及易于控制元素组成的溶液法在钠钙玻璃和钼玻璃基底上沉积Cu-Sn-S前驱体膜,随后在N_2保护下硒化获得到Cu_2Sn(S,Se)_3薄膜,并通过调控前驱薄膜的硒化退火温度,实现了对薄膜形貌、物相结构、电学及光学性能的有效调制.研究结果表明,适当的硒化退火温度,如480℃,可得到表面平整、结晶度高、晶粒致密和双层结构(上层大、下层小晶粒)的Cu_2Sn(S,Se)_3薄膜,其带隙为1.28 eV,载流子浓度可低至6.780×10^(17) cm^(-3),迁移率高达18.19 cm^2·V^(-1)·S^(-1),可用于薄膜太阳能电池的光吸收层.

宽带隙Cu(In,Al)Se_2薄膜的制备及表征

以特殊脉冲电沉积方法制备CuInSe2(CIS)前驱体薄膜,通过真空蒸镀法在CIS薄膜上沉积Al膜,经硒化退火后在氧化铟锡(ITO)基底上制备了Cu(InAl)Se2(CIAS)薄膜.采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱(EDS)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)对其形貌、结构、成分及光学吸收性质进行了表征.结果表明,制备的CIAS薄膜颗粒均匀,表面平整致密,呈黄铜矿结构.薄膜在可见光区具有良好的吸收,带隙约为1.65 eV.

Cu_2ZnSn(S,Se)_4薄膜太阳电池研究进展

CdTe和Cu(In,Ga)(S,Se)_2(CIGSSe)光吸收材料在新型化合物半导体太阳电池研究中占据着主导地位。尽管CdTe和CIGS太阳电池拥有较高的转换效率和先进的技术,但是仍存在着一些问题,如所用材料中的元素地壳丰度低或有毒,这阻碍了其未来的大规模应用。近年来,由于Cu_2ZnSn(S,Se)_4(CZTSSe)薄膜太阳电池使用的元素地壳含量丰富且环境友好,逐渐成为了研究的热点。CZTSSe光吸收材料被认为能够取代CdTe和CIGS成为下一代光伏技术的潜力材料。基于此,本文将简单介绍CZTSSe材料的结构、性质和制备方法。重点阐述CZTSSe材料的组装技术和沉积方法的发展和优势,如基于真空的沉积方法和基于溶液的沉积方法,简述其优缺点。此外,本文对CZTSSe组装和CZTSSe纳米晶制备方法的最新研究进展也进行了总结。最后,对CZTSSe光伏技术的一些限制因素进行了分析,并对CZTSSe薄膜电池未来的研究前景进行了展望。

Cu_2ZnSn(S,Se)_4纳米晶薄膜太阳能电池的研究进展

Cu2Zn Sn(S,Se)4(CZTSSe)材料因其光吸收系数高,具有理想的带隙,且所含元素丰度高、无毒等特性,非常适合作为太阳能电池的吸收层材料,有望成为低成本和高性能光伏发电的材料之一,引起广泛的关注.介绍了CZTSSe材料的基本物理性质及其纳米晶的生长机制,重点介绍了热注入方法合成CZTSSe纳米晶的过程,概述了目前CZTSSe纳米晶薄膜太阳能电池的现状,最后探讨了CZTSSe薄膜太阳电池中存在的问题及以后的发展方向.

磁控溅射再硒化法制备Cu（In，Al）Se2薄膜

本文采用磁控溅射的方法制备Cu-In-Al薄膜，然后固态源硒化制成Cu（In，Al）Se2薄膜。采用EDX分析薄膜的成分，SEM观察薄膜的表面形貌，XRD表征薄膜的组织结构。结果表明，由CuIn相为主相的预制膜制成的Cu（In，Al）Se2薄膜具有单一的黄铜矿结构，且随着Al含量的增加，晶面间距减小。

硒化对Cu2ZnSn(S,Se)4太阳电池光伏性能影响机制研究

文章利用溶液法和硒化技术在镀Mo钠钙玻璃(Mo/SLG)衬底上制备出具有锌黄锡矿结构的Cu 2ZnSn(S,Se)4(CZTSSe)薄膜,研究了硒化温度(500~600℃)和硒化时间(5~30 min)对CZTSSe薄膜质量和生长在CZTSSe/Mo界面的Mo(S,Se)2(MSSe)过渡层厚度的影响.发现在500~550℃,15~30 min硒化可制备出晶粒质量好、尺寸大、堆积致密的CZTSSe薄膜和厚度合适的MSSe过渡层;以经530℃,5~30 min硒化获得的CZTSSe薄膜为吸收层,制备了结构为Al/ITO/i-ZnO/CdS/CZTSSe/Mo/SLG的太阳电池.发现对应5~15 min硒化的太阳电池的转换效率(PCE)随硒化时间的增加从1.9%增加到7.48%,对应15~30 min硒化的太阳电池的PCE却随硒化时间的增加从7.48%减小到4.23%.PCE的增加归因于开路电压(V oc)、短路电流密度(J sc)和填充因子(FF)的增加,PCE的减小归因于V oc和FF减少;通过研究CZTSSe薄膜质量和MSSe厚度对太阳电池光损失、内建电场和电学参数的影响,阐述了硒化温度和时间对V oc,J sc和FF的影响机制.

In2Se3薄膜生长及结晶择优取向的影响因素研究

(In,Ga)_2Se_3薄膜的生长结晶性的好坏直接影响着在其基础上化合生长的Cu(In,Ga)Se_2(CIGS)薄膜以及CIGS太阳电池器件的性能。实验就多源共蒸发制备In_2Se_3预制层工艺中3个主要条件,即衬底材质、Se源温度、衬底温度进行研究。分析讨论上述3种因素对In_2Se_3薄膜的结晶生长和择优取向生长的影响。发现:在Mo/苏打石灰玻璃(Mo/SLG)衬底上生长,Se源温度在270℃以上或衬底温度为380～400℃的较高温度时,制备的In_2Se_3预制层是单一晶相的In_2 Se_3,其X射线衍射峰是以(110)和(300)峰为择优取向。反之,生长在苏打石灰玻璃(SLG)衬底上,Se源温度为230℃以下或衬底温度为较低温度300℃时,In_2Se_3预制层结晶质量较差,其X射线衍射峰则多以In_2Se_3(006)衍射峰为择优取向。

衬底对Cu(In,Ga)Se_2薄膜织构的影响

分别在苏打石灰玻璃、Mo箔、无择优取向的Mo薄膜以及(110)择优取向的Mo薄膜四种不同衬底上,采用共蒸发工艺沉积约2μm厚的Cu(In,Ga)Se2薄膜,用X射线衍射仪测量薄膜的织构,研究衬底对Cu(In,Ga)Se2薄膜织构的影响.在以上四种衬底上沉积的Cu(In,Ga)Se2薄膜的(112)衍射峰强度依次逐渐减弱,(220/204)衍射峰从无到有且强度逐渐增强.在苏打石灰玻璃和Mo箔衬底上的Cu(In,Ga)Se2薄膜具有明显的(112)择优生长,而在(110)取向的Mo薄膜衬底上,Cu(In,Ga)Se2薄膜的织构为(220/204)取向.研究结果表明,只有(110)择优取向的Mo薄膜衬底对Cu(In,Ga)Se2薄膜(220/204)织构的形成有重要影响.

共蒸发三步法制备CIGS薄膜的性质

采用PID温度控制器控制共蒸发设备中蒸发源及衬底加热的温度,以三步法工艺制备CIGS(Cu(In,Ga)Se2)薄膜,通过恒功率加热衬底测试温度的变化,可实现在线组分监测,得到CIGS薄膜的组成重现性很好.CIGS薄膜的表面光洁,粗糙度多数小于10nm.但是组成相同的CIGS薄膜,其结晶择优取向可能不同,主要有(112)和(220)/(204)两种;其结晶形貌也有很大的不同,晶粒粗大且成柱状的薄膜电池效率高,虽然从Cu/(In+Ga)<1的组成可以认为CIGS薄膜为贫Cu结构,但Hall测试多数CIGS薄膜呈p型,少数呈n型.

硒化前后电沉积贫铜和富铜的Cu(In_(1-x)Ga_x)Se_2薄膜成分及结构的比较

采用电沉积法获得了接近化学计量比的贫铜和富铜的Cu(In1-xGax)Se2(CIGS)预置层,研究比较了两种预置层及其硒化处理后的成分和结构特性.得到了明确的实验证据证明,硒化后富铜薄膜中的CuxSe相会聚集凝结成结晶颗粒分散在表面.研究表明:在固态源硒化处理后,薄膜成分基本不变;当预置层中原子比Cu/(In+Ga)<1.1时,硒化后薄膜表面存在大量的裂纹;而当Cu/(In+Ga)>1.2时,可以消除裂纹的产生,形成等轴状小晶粒;富铜预置层硒化时蒸发沉积少量In,Ga和Se后,电池效率已达到6.8%;而贫铜预置层硒化后直接制备的电池效率大于2%,值得进一步深入研究.

化学水浴沉积时间对CdS薄膜性质的影响

采用CBD法在醋酸镉溶液体系中制备CdS半导体薄膜,通过XRD、XRF、SEM和光学透过率谱等测试手段研究了沉积时间对CdS薄膜沉积过程和性质的影响。结果表明,随着沉积时间的增加,薄膜增厚;S/Cd原子比增加,但都为富Cd的CdS薄膜;XRD研究表明,薄膜结构由立方、六方混合相向立方相转变,(111)方向成为择优生长方向;SEM研究表明,随沉积时间增加,薄膜变致密,薄膜表面出现的白色附着颗粒增多,尺寸增大;沉积时间对薄膜的光学性质也有很大的影响,随着沉积时间的增加薄膜透过率减小,而禁带宽度值增大。

蒸发法制备CIGS薄膜太阳电池的研究进展

多元共蒸发技术制备的Cu(In,Ga)Se2(CIGS)薄膜具有结晶质量高,梯度带隙,成分易于精确控制等优点,被认为是制备高效率CIGS薄膜太阳电池的最佳工艺。目前,该工艺制备的CIGS电池的实验室转换效率已经超过20%,通过改进和优化共蒸发工艺流程,继续提高电池性能、发展柔性衬底薄膜电池、尽快将实验室技术转移为CIGS电池组件的商业化生产成为新的研究热点。主要介绍了共蒸发工艺的特点,以及近年来在制备CIGS薄膜太阳电池及组件方面的研究进展。