濺射時(shí)間對(duì)CIGS薄膜的影響范文

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《大連工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)》2014年第四期

1銅銦鎵硒薄膜的表征

采用日本理學(xué)D／MAX－3C型X射線衍射儀對(duì)薄膜的物相進(jìn)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(jì)測(cè)試薄膜的吸收系數(shù)；計(jì)算薄膜的禁帶寬度；用四探針測(cè)試儀測(cè)試薄膜的電阻率。

2結(jié)果與討論

2．1濺射時(shí)間對(duì)cigs薄膜結(jié)構(gòu)的影響

2．1．1CIGS薄膜物相分析圖1是不同濺射時(shí)間下制備的CIGS薄膜的XRD圖。從圖中可以看出，濺射時(shí)間為30min時(shí)，CIGS薄膜呈現(xiàn)出兩個(gè)衍射峰（112）和（220），兩個(gè)峰強(qiáng)隨濺射時(shí)間的增加而增強(qiáng)。沉積時(shí)間60min時(shí)，CIGS薄膜開始出現(xiàn)了（312）面的衍射峰，且衍射峰的強(qiáng)度隨著濺射時(shí)間的增加而加強(qiáng)。因此由圖1可以確定制備的CIGS薄膜是黃銅礦結(jié)構(gòu)，沿（112）晶面擇優(yōu)生長(zhǎng)。隨著沉積時(shí)間的增加，衍射峰的強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)，變尖銳，說(shuō)明薄膜的結(jié)晶度變好，晶格質(zhì)量提高，晶粒長(zhǎng)大。

2．1．2CIGS薄膜微觀形貌分析采用SEM對(duì)不同濺射時(shí)間CIGS薄膜的微觀形貌進(jìn)行觀察，如圖2所示?？梢钥闯?，濺射時(shí)間為30min的CIGS薄膜的表面平整，晶粒比較小，結(jié)晶程度低，薄膜表面有一定程度的團(tuán)聚；隨著濺射時(shí)間的增加，晶粒增大，結(jié)晶程度提高；當(dāng)沉積時(shí)間為120min時(shí)，CIGS薄膜顆粒尺寸可達(dá)到1mm，且表面比較致密。這是因?yàn)殡S著沉積時(shí)間的增長(zhǎng)，到達(dá)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(zhǎng)；另一方面，樣品中的玻璃襯底對(duì)晶粒生長(zhǎng)的影響隨CIGS膜厚的增加逐漸減小，因此厚晶導(dǎo)致晶體生長(zhǎng)更加完整。

2．2濺射時(shí)間對(duì)CIGS薄膜性能的影響

2．2．1CIGS薄膜電阻率測(cè)試分析圖3是薄膜的電阻率與時(shí)間的關(guān)系圖?？梢钥闯鲭S著濺射時(shí)間的增加，CIGS薄膜的電阻率遞減，為1．02Ω•cm。根據(jù)上述分析結(jié)果可知隨濺射時(shí)間增長(zhǎng)，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(shù)測(cè)試分析對(duì)不同濺射時(shí)間下制備的CIGS薄膜作光吸收系數(shù)測(cè)試，其結(jié)果如圖4所示，可看出不同濺射時(shí)間下制備的CIGS薄膜的吸收系數(shù)都接近105cm－1，而且隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，CIGS薄膜的吸收系數(shù)增大，達(dá)到0．8×105cm－1，與理想值接近。CIGS是直接帶隙半導(dǎo)體，其禁帶寬度滿足式（1）式（1）中：A為常數(shù)；Eg為禁帶寬度；h為普朗克常數(shù)；ν為入射光頻率；a為吸收系數(shù)。作（ahν）2－h(huán)ν關(guān)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(shí)間的增大而增大，達(dá)到1．224eV。說(shuō)明完整的晶體結(jié)構(gòu)有利于禁帶寬度提高。

3結(jié)論

采用一步磁控濺射法在玻璃襯底上可制備黃銅礦結(jié)構(gòu)的CIGS薄膜。當(dāng)濺射時(shí)間為30、60、90、120min時(shí)，隨著時(shí)間的增加，薄膜的結(jié)晶程度提高，厚度和顆粒增大；可見光的吸收系數(shù)提高，120min時(shí)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(yáng)電池性能的提高。

作者：李剛劉貴山李好娜馮同胡志強(qiáng)郝洪順單位：大連工業(yè)大學(xué)新能源材料研究所