濺射時間對CIGS薄膜的影響范文
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《大連工業大學學報》2014年第四期
1銅銦鎵硒薄膜的表征
采用日本理學D／MAX－3C型X射線衍射儀對薄膜的物相進行表征；用JEOLJSM－6460LV型掃描電子顯微鏡觀察薄膜的微觀形貌；用PERKINELMER650－B型紫外－可見分光光度計測試薄膜的吸收系數；計算薄膜的禁帶寬度；用四探針測試儀測試薄膜的電阻率。
2結果與討論
2．1．1CIGS薄膜物相分析圖1是不同濺射時間下制備的CIGS薄膜的XRD圖。從圖中可以看出，濺射時間為30min時，CIGS薄膜呈現出兩個衍射峰（112）和（220），兩個峰強隨濺射時間的增加而增強。沉積時間60min時，CIGS薄膜開始出現了（312）面的衍射峰，且衍射峰的強度隨著濺射時間的增加而加強。因此由圖1可以確定制備的CIGS薄膜是黃銅礦結構，沿（112）晶面擇優生長。隨著沉積時間的增加，衍射峰的強度逐漸增強，變尖銳，說明薄膜的結晶度變好，晶格質量提高，晶粒長大。
2．1．2CIGS薄膜微觀形貌分析采用SEM對不同濺射時間CIGS薄膜的微觀形貌進行觀察，如圖2所示。可以看出，濺射時間為30min的CIGS薄膜的表面平整，晶粒比較小，結晶程度低，薄膜表面有一定程度的團聚；隨著濺射時間的增加，晶粒增大，結晶程度提高；當沉積時間為120min時，CIGS薄膜顆粒尺寸可達到1mm，且表面比較致密。這是因為隨著沉積時間的增長，到達基底表面的粒子增多，而且更容易遷移到合適的位置，有利于晶核的生長；另一方面，樣品中的玻璃襯底對晶粒生長的影響隨CIGS膜厚的增加逐漸減小，因此厚晶導致晶體生長更加完整。
2．2濺射時間對CIGS薄膜性能的影響
2．2．1CIGS薄膜電阻率測試分析圖3是薄膜的電阻率與時間的關系圖。可以看出隨著濺射時間的增加，CIGS薄膜的電阻率遞減，為1．02Ω•cm。根據上述分析結果可知隨濺射時間增長，薄膜晶粒尺寸增大且致密，從而增加載流子壽命并降低晶界散射，因此載流子濃度和遷移率提高，電阻率減小。
2．2．2CIGS薄膜光吸收系數測試分析對不同濺射時間下制備的CIGS薄膜作光吸收系數測試，其結果如圖4所示，可看出不同濺射時間下制備的CIGS薄膜的吸收系數都接近105cm－1，而且隨著時間的增長，CIGS薄膜的吸收系數增大，達到0．8×105cm－1，與理想值接近。CIGS是直接帶隙半導體，其禁帶寬度滿足式（1）式（1）中：A為常數；Eg為禁帶寬度；h為普朗克常數；ν為入射光頻率；a為吸收系數。作（ahν）2－hν關系曲線，用外推法求出薄膜的禁帶寬度，如圖5所示。從圖5可以看出，薄膜的禁帶寬度隨著濺射時間的增大而增大，達到1．224eV。說明完整的晶體結構有利于禁帶寬度提高。
3結論
采用一步磁控濺射法在玻璃襯底上可制備黃銅礦結構的CIGS薄膜。當濺射時間為30、60、90、120min時，隨著時間的增加，薄膜的結晶程度提高，厚度和顆粒增大；可見光的吸收系數提高，120min時為0．8×105cm－1；禁帶寬度增大，最大值為1．224eV；電阻率減小，最小值為1．02Ω•cm。有利于CIGS薄膜太陽電池性能的提高。
作者：李剛劉貴山李好娜馮同胡志強郝洪順單位：大連工業大學新能源材料研究所