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目前,在薄膜太阳能电池中,作为大规模生产的铜铟镓硒(CIGS)薄膜电池,包含一个ZnS缓冲层,该缓冲层对电池效率的提高起着决定性作用,是国内外目前研究的热点之一。
本文主要从高效、低成本以及环境友好等角度出发,研究了电池器件中缓冲层ZnS薄膜材料的射频磁控溅射沉积制备工艺,较为系统地研究了不同压强、不同溅射功率以及不同退火处理对薄膜的结构和光学特性的影响,以期为CIGS薄膜电池的大面积商业化应用提供实验和理论依据。
优化了ZnS薄膜的制备工艺参数,选用了功率分别为100W、200W、300W和400W,压强分别为0.2Pa和1.5Pa两组实验参数制备了ZnS纳米薄膜。X射线衍射谱表明,随着功率的提高,(111)晶向衍射峰强度显著增强,半高宽先变宽后变窄,说明在较高的功率下制备的薄膜质量较好。300W下ZnS薄膜在可见光范围内的透过率在85%左右,薄膜的禁带宽度为3.41.eV。
在优化功率为300W的基础上,选用不同压强制备了ZnS纳米薄膜。实验结果表明压强过低或者过高都会对晶体结构造成影响:在压强大于1Pa后,结晶颗粒尺寸变大,透射率降低,光学带隙也有所降低:低压下生长的薄膜可以改善薄膜的结晶质量和光学带隙。通过实验结合透过率和光学带隙可以得知:0.6Pa的溅射压强下可制备出较高质量的ZnS薄膜。
通过对制备的薄膜进行200℃、300℃、400℃和500℃温度下的退火处理,研究了不同退火温度对ZnS薄膜组织结构和光学性能的影响。AFM观察发现,300℃下ZnS薄膜表面形貌呈球形,颗粒细小,XRD物相分析显示,ZnS薄膜呈非晶或微晶状态。分光光度计检测说明ZnS薄膜样品的透光率在可见光波段大都在85%以上,其性能均显示了ZnS薄膜适合做太阳能电池缓冲层材料。