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濺射時間對CIGS薄膜的影響范文

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濺射時間對CIGS薄膜的影響

《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濺射時間cigs薄膜結構的影響

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

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