ZnSe作铜铟镓硒薄膜太阳能电池缓冲层材料的生长研究.doc

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1、 武汉工业学院 毕 业 设 计 论文题目： 姓 名 刘超学 号 081203102院（系） 电气与电子工程学院专 业 电子信息科学与技术指导教师 陈 良 艳 2012年6月6日 1 摘要21世纪人类面临的重大问题就是能源短缺和环境污染，发展清洁能源取代传统化能源成为解决这些问题的科学途径之一。水力发电、潮汐、核能和太阳能都是可再生清洁能源，有一定的发展空间。其中，太阳能作为种不污染环境，又取之不尽的新能源无处不在，这使光伏发电成为新能源利用中重要的组成部分。当今光伏市场是以晶硅太阳能电池为主，由于硅太阳能电池采用高品质单晶硅作为原料，成本很高。再者，硅太阳能电池使用的硅片厚度约为350微米，对

2、高品质单晶硅使用量明显增加，这也是硅太阳能电池的一个困境。因此，发展低成本、新型薄膜太阳能电池是未来光伏科技的必然趋势。薄膜太阳能电池无论是对原材料的需求，还是制作工艺都比硅太阳能电池成本低。在薄膜太阳能电池中，目前研究较多的有非晶硅薄膜、碲化镉(CdTe)、铜铟镓硒(CIGS)等薄膜太阳能电池。CIGS薄膜太阳能电池是在玻璃或者其它廉价衬底上沉积6层以上化合物半导体和金属薄膜材料，薄膜总厚度约34微米，该电池成本低、性能稳定、抗辐射能力强，其光电转换效率高，被称为最有前途的廉价太阳能之一。尽管对该电池的研究已有很多，但从大规模商品化和实用化来看，还有许多问题需要解决，其中寻找与CIGS吸收层

3、更加匹配的窗口层材料是实现商业化大规模生产必须完成的。本论文对太阳能电池窗口层材料硫化镉(CdS)和氧化锌(Zn0)的制各方法和工艺做了详细研究，制各出高质量的适合CIGS太阳电池窗口材料，为实现CIGS薄膜太阳电池商品化奠定了基础。关键词：薄膜太阳能电池；ZnO薄膜；CdS薄膜：磁控溅射；化学水浴法 2 ABSTRATC Development of clean energy resources as an alternative to fossil fuels has become one of the important challenges for modern science and

4、 technology in the 21 century.Reduction of air pollution and pressrvation of the ecological systems of earth are main motivation factors behind these huge efforts.Some of the major contenders for the alternative clean resources are hydroelectric,tidal,nuclear and solar energy.But of all these renewa

5、ble energy sources photovoltaics is the most promsing one as a future energy technology.The photovoltaic effect is the process of direct conversion of sunlight into electrical energy.The major advantage of these photovoltaics systems is that they tap an almost inexhaustible resource that is free of

6、charge and available everywhere in the world.The main barrier impeding the expansion of the terrestrial application of photovoltaic is the high rpice of the solar cell modules.The reasons for these high costs are the high processing and material costs.A recent survey suggests that a further cost red

7、uction to one fifth of the present level is a must for photovoltaics to match the conventional electricity price.One of the solutions to achieve a reduction in this cost is the development of thin film solar cells.This cost reduction is due to factors like lower material use,fewer and simper process

8、ing steps as compared to a traditional wafer based crystalline silicon solar cell.At present,research is done on the alloys of amorphous Silicon,CdTe,and CuSe as major contenders for large scale production.The CuSe-based solar cell belongs to the I-III-VI class of thin film solar cells,and has shown

9、 great promise for photovoltaic applications.But there are many issues of fabricating a large aera,stable,high efficient CIGS module by scaleable,low-cost techniques on inexpensive substrates.Our project is improve techniques of preparing solar cell amterials,to increase performance of the devices a

10、nd reduce asystem cost.ZnO and CdS thin film play most importand role as window layers of CIGS solar cells.In our project,I preared high quality ZnO thin film by using magnetron sputtering system and CdS thin film by a modified chemical bath deposition technique. 3 目录第一章 绪论. 51.1太阳能简介. 51.2太阳能电池简介.

11、51.3太阳能电池原理. 61.4太阳能电池发展历史. 61.5太阳能电池分类. 71.6 太阳能电池国内外研究现状. 81.7待解决问题. 1018本论文研究的意义和内容. 10第二章 铜铟硒薄膜太阳电池. 112.1铜铟硒薄膜太阳电池简介. 112.2铜铟硒薄膜太阳电池结构. 112.3铜铟硒薄膜太阳电池的制作方法. 122.3.1电化学沉积法. 122.3.2喷涂热解法. 132.3.3丝网印刷法. 132.3.4共蒸发方法. 132.3.5溅射后硒化方法. 142.3.6制作设备介绍. 15第三章CIGS 薄膜太阳能电池缓冲层的研究 . 173.1缓冲层的形成及发展. 173.2ZnS

12、 缓冲层及其制备工艺 . 173.3ZnS薄膜的光学性能和禁带宽度 . 183.3.1 CIS 半导体材料特性 . 183.3.2 CIS 电池对材料的要求 . 203.4制备方法. 213.4.1化学水浴法. 213.4.2真空蒸发法. 213.5其它缓冲层研究. 22结论. 23参考文献. 25致谢. 27 4 第一章 绪论1.1太阳能简介太阳能（Solar Energy），一般是指太阳光的辐射能量，在现代一般用作发电。自地球形成生物就主要以太阳提供的热和光生存，而自古人类也懂得以阳光晒干物件，并作为保存食物的方法，如制盐和晒咸鱼等。但在化石燃料减少下，才有意把太阳能进一步发展。太阳能的利

13、用有被动式利用（光热转换）和光电转换两种方式。太阳能发电是一种新兴的可再生能源。广义上的太阳能是地球上许多能量的来源，如风能，化学能，水的势能等等。太阳能能源是来自地球外部天体的能源（主要是太阳能）人类所需能量的绝大部分都直接或间接地来自太阳。正是各种植物通过光合作用把太阳能转变成化学植物体太阳能利用基本方式可以分为如下4大类。太阳能是氢原子核在超高温时聚变释放的巨大能量，太阳能是人类能源的宝库，如化石能源、地球上的风能、生物质能都来源于太阳。太阳能的利用 间接利用太阳能：化石能源（光能-化学能）生物质能（光能-化学能）直接利用太阳能：集热器（有平板型集热器、聚光式集热器）（光能-内能）太阳能

14、电池：（光能-电能）一般应用在人造卫星、宇宙飞船、打火机、手表等方面。1.2太阳能电池简介太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。它只要被光照到，瞬间就可输出电压及电流。在物理学上称为太阳能光伏(Photovoltaic，photo 光线，voltaics 电力，缩写为PV)，简称光伏。以光电效应工作的薄膜式太阳能电池为主流，而以光化学效应工作的湿式太阳能电池则还处于萌芽阶段。太阳能电池发电是根据爱因斯坦的光电效应而运用于日常生活。黑体(太阳)辐射出不同波长(频率)的电磁波， 如红、紫外线，可见光等等。当这些射线照射在不同导体或半导体上，光子与导体或半导体中的自由电子

15、作用产生电流。射 5 线的波长越短，频率越高，所具有的能量就越高，例如紫外线所具有的能量要远远高于红外线。但是并非所有波长的射线的能量都能转化为电能，值得注意的是光电效应于射线的强度大小无关，只有频率达到或超越可产生光电效应的阈值时，电流才能产生。能够使半导体产生光电效应的光的最大波长同该半导体的禁带宽度相关，譬如晶体硅的禁带宽度在室温下约为1.155eV，因此必须波长小于1100nm的光线才可以使晶体硅产生光电效应。太阳电池发电是一种可再生的环保发电方式，发电过程中不会产生二氧化碳等温室气体，不会对环境造成污染。按照制作材料分为硅基半导体电池、染料敏电池、有机材料电池等。对于太阳电池来说最重

16、要的参数是转换效率，在实验室所研发的硅基太阳能电池中，单晶硅太阳电池的效率为25.0%，多晶硅太阳电池的效率为20.4%，单晶体硅薄膜太阳电池的效率为16.7%，非晶硅薄膜太阳电池的效率为10.1%。1.3太阳能电池原理太阳能电池是一种可以将能量转换的光电元件，其基本构造是运用P型与N型半导体接合而成的。半导体最基本的材料是“硅”，它是不导电的，但如果在半导体中掺入不同的杂质，就可以做成P型与N型半导体，再利用P型半导体有个电洞(P型半导体少了一个带负电荷的电子，可视为多了一个正电荷)，与N型半导体多了一个自由电子的电位差来产生电流，所以当太阳光照射时，光能将硅原子中的电子激发出来，而产生电子

17、和空穴的对流，这些电子和空穴均会受到 1883年第一块太阳能电池由Charles Fritts制备成功。Charles用锗半导体上覆上一层极薄的金层形成半导体金属结，器件只有1%的效率。1946年Russell Ohl申请了现代太阳能电池的制造专利。到了1950年代，随着半导体物理性质的逐渐了解，以及加工技术的进步，1954年当美国的贝尔实验室在用半导体做实验发现在硅中掺入一定量的杂质后对光更加敏感这一现象后，第一个太阳能电池在1954年诞生在贝尔实验室。太阳能电池技术的时代终于到来。1960年代开始，美国发射的人造卫星就已经利用太阳能电池做为能量的来源。1970年代能源危机时，让世界各国察觉

18、到能源开发的重要性。1973年发生了石油危机，人们开始把太阳能电池的应用转移到一般的民生用途上。6 在美国、日本和以色列等国家，已经大量使用太阳能装置，更朝商业化的目标前进。在这些国家中，美国于1983年在加州建立世界上最大的太阳能电厂，它的发电量可以高达16百万瓦特。南非、博茨瓦纳、纳米比亚和非洲南部的其他国家也设立专案，鼓励偏远的乡村地区安装低成本的太阳能电池发电系统。推行太阳能发电最积极的国家首推日本。1994年日本实施补助奖励办法，推广每户3,000瓦特的“市电并联型太阳光电能系统”。在第一年，政府补助49的经费，以后的补助再逐年递减。到了1996年，日本有2,600户装置太阳能发电系

19、统，装设总容量已经有8百万瓦特。一年后，已经有9,400户装置，装设的总容量也达到了32百万瓦特。近年来由于环保意识的高涨和政府补助金的制度，预估日本住家用太阳能电池的需求量，也会急速增加。在中国，太阳能发电产业亦得到政府的大力鼓励和资助。2009年3月，财政部宣布拟对太阳能光电建筑等大型太阳能工程进行补贴。2010年9月9日大众科学报道，科学家利用水母身上提取的绿色荧光蛋白（GFP），该小组制作的装置可用这些“黏黏绿”将紫外光转化为自由电子。该科研小组制造的电池由在二氧化硅基底上被一个小缝隔开的两个简单的铝电极组成，GFP置于两电极中间并起连接作用。当把紫外光放进来的时候，GFP不断将光子抓

20、走，并产生电子进入电路产生电流。同时，GFP非常廉价，不需要昂贵的添加剂或昂贵的加工，此外，它还能被封装成独立的不需要外光源的燃料电池。科学家相信，此能源装置缩小后可用来驱动微小的纳米设备。1.5太阳能电池分类太阳能电池根据所用材料的不同，太阳能电池还可分为：硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、聚合物多层修饰电极型太阳能电池、纳米晶太阳能电池四大类。硅太阳能电池：硅太阳能电池分为单晶硅太阳能电池、多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池三种。多元化合物薄膜太阳能电池多元化合物薄膜太阳能电池材料为无机盐，其主要包括砷化镓III-V族化合物、硫化镉、硫化镉及铜锢硒薄膜电池等。聚合物多层修饰电

21、极型太阳能电池在太阳能电池中以聚合物代替无机材料是刚刚开始的一个太阳能电池制爸的研究方向。其原理是利用不同氧化还原型聚合物的不同氧化还原电势，在导电材料（电极）表面进行多层复合，制成类似无机PN结的单向导电装置。由于有机材料柔性好，制作容易，材料来源广泛，成本底等优势，从而对大规模利用太阳能，提供廉价电能具有重要意义。纳米晶化学太阳能电池7 纳米化学太阳能电池纳米晶化学太阳能电池（简称NPC电池）是由一种在禁带半导体材料修饰、组装到另一种大能隙半导体材料上形成的，窄禁带半导体材料采用过渡金属Ru以及Os等的有机化合物敏化染料，大能隙半导体材料为纳米多晶TiO2并制成电极，此外NPC电池还选用适

22、当的氧化一还原电解质。光合太阳能电池光合作用是通过将光能转化为电能，继而将电能转化为活跃的化学能，最终将其转化为稳定的化学能的过程，这一过程也就为利用光合作用发电提供了基础。由于光合作用能够相对高效地将太阳能转化成电能，而且在转化的过程中仅消耗水，对环境没有丝毫的污染，所以在其它自然能源日益匮乏，环境污染严重的今天，利用光合作用解决人类的能源需求问题已经成为科学家研究的热点问题。1.6 太阳能电池国内外研究现状C|GS薄膜太阳能电池具有如此优良的特性，一些技术发达的国家对CIGS薄膜太f；fi能电池非常重视，投入巨资进行研究和开发尤其日本、美国、德国研究水平处于i汁界领先，已经接近和达到可以实

23、际生产、而H其性能和品质在不断的提高。，2002年全世界太阳电池的生产量比卜一年增加31，达到520MW，从表1可知LI本企业的生产规模在大幅度增加，到2002!f本的生产规模达到了254MW，已经占到抖产量的50。近5年中产蕈每年以50听以!的增幅增加，按照这种增速，今后5年，P1本的太阳电池的产量将占到世界总产量的7080，居于绝对的领先地位。根据日本太阳光发电协会(JPEA)的调查，2001年的Ej本国内太阳电池市场规模约为1100亿日元随着太阳电池产业的急速成长，JPEA制订J7太阳光发电的”产业蓝图(Vision)”，要把太m光发电产业培育成一个1万亿日元(100亿美元左右)的产业。

24、根据这个蕊图(表2)，到2030年，仅在日本，太阳电池的年产量也将达到1000万kW。如果是现有的单晶、多晶、微晶si太阳电池的话，消耗的si的总量将达到10万吨，是现在各种用途合计使用的si的总生产量的25倍。这无论从原料供应和生产成本上都是不可能的。日本、美国和欧洲在太阳电池的技术开发上处于领先水平，日本新能源产业技术开发机构(NEDO)从70年代成立之日起，就投人巨资开发太阳电池，对于各种类型的太阳电池都进行了大量的开发研究。现在学术界和产业界普遍认为太阳能电池的发展已经进入了第三代。第一代为单晶硅太阳能电池，第二代为多晶硅，非晶硅等低成本太阳能电池，第三代太阳能电池就是高效、低成本、可

25、大规模1二业化生产的铜镓硒(CIGS)等化合物薄膜太阳能电池及薄膜si系太阳电池，其制造成本在近期可以达到低于75日元w(5元人民椰7)的水平。NEDO太阳光发电技术研究组合战略企划委员会，在广泛考察世界太阳电池的学术界和产业界的情8 况的基础上，集中日本的太阳电池领域的专家，作成了日本太阳电池技术开发路线对于si系太阳电池来说，无论是单晶、多晶还是微晶sj太阳电池，现在的基片厚度在150200斗m，虽然转换效率较高，但是如果其厚度不能减到50斗in以下，就不可能达到成本低于75日元啊的目标。薄膜si太阳电池现在的转换效率没有达到10，通过多结的方法有望提高到10以上。CIGS薄膜太阳电池组件

26、的效率已经达到13 4。这两种太阳电池在现有技术基础上继续深入开发，有望取得突破，成本可以达到50一75日元w的日标。而si系和CIGS系以外的新材料系太阳电池组件现在尚不能达到10的转换效率，预计lO年后才有可能取得技术上的突破进入实用化阶段。美围Progress in Photovoltaics定期公布世界各国各种太阳电池的转换效率，并且只登载经过美国政府认定的检测机关测试的结果，测定条件是lsun，单个cell面积在】Cnl2以上，组件面积在800cm2以上。表3是2003年11月公布的第21版的太阳电池组件的转换效率数据，可以看出由日本昭和壳牌石油公司开发的CIGS太阳电池组件，开面积

27、3459 em2，转换效率达到了13 4，而薄膜Si系太阳电池的最新进展是Pacific Solar公司的开【_I面积661 cln2组件，转换效率达到82，凶此存现阶段低成本、大面积、高效率薄膜太阳电池开发的竞赛中，CIGS薄膜太阳电池取得了一定的优势。CIGS太阳电池的数据进行了总结， 将CIGS太阳电池的各种结构、开L】面积、性能数据，其中美国NREL在2003年11月取得的CIGS太阳电池的最高转换效率192，和昭和壳牌右油公司的3459(Ill2组件转换效率134，受到了各方面的关注。标志着CIGS化合物薄膜太阳能电池正处在大规模f业化牛产和民用普及的前夜。特别是柔性基板CIGS太阳

28、电池，凶为其在军事卜的应用前景，得到美国军方的严重关注。日本和欧美在CIGS太阳电池的研究方面投人大量人力物力，并取得相当快的进展。【J本NEDO从1994年启动CIGS产业化开发项目，由昭和壳牌石油和松下电器分别以溅射硒化工艺和共蒸发工艺为中心进行研发，研究开发总投资达到200亿臼元(相当14亿人民币)以上； 美国以NREL为中心进行研究，以GSE及Shell Solar为主进行产业开发；德国则以风险投资型企业Wurth Solar为主，由政府投入巨资进行开发，开发总经费都达到了数亿美元。2002年有关CIGS太阳电池的国际会议就有3个，分别是5月20一24日在美国纽奥林斯召开的29th I

29、EEFPVSC，11月2l一22日在欧洲举行的EMRS 2002Thin Film Chalcogenide Photovohaic Materials，和12月2-5日在美国波士顿召开的2002 MRS Fall Meeting。主要议题集中在通过叠层化提高CIGS吸收层的带隙、P型透明导电膜的研究、代替CdS的新型缓冲层的研究、大规模工业化生产的高效率低成本问题方面。特别是以欧美为中心的EMRS 2002lhin Film Chalcogenide Photovohaic Materials会议，论文发表件数达到了170件，比2000年同会议的107件增加了50以r，其中和大规模r业化生产

30、丁岂相关的发表有60多件。1999年以来CIGS太阳电池研究开发及产业化方面的动向。在产业界，日本昭和壳牌石油公司已经完成技术开发，其10kW的中试生产线已经开始生产，准备建设1020MW级牛产线，预定2005年向市场提供商用CIGS太阳电池，技术路线以cu、In、Ga溅射成膜，Hzse硒化，3459 em2组件转换效率134。日本本用公司也宣布完成了CIGS的产业化开发，并宣称将来本田的工厂用电力的2030将使用太阳能，给太阳能电池业界带来很大冲击，但是没有组件l市，具体工艺路线不清楚。美国的Shell Solar公司CIGS太阳电池组件(40W)达到转换效率121，技术路线也是以cu、In

31、、Ga溅射成膜，然后硒化，Shell Solar公司对于其研究工作过去一直秘而不宣，但是2002年在EMRS 2002Thin Fihn 9 Chalcogenide Photovoltaic Materials会议E，突然公开了其生产线的照片，并宜其成品率已经达到97-98，可以认为其技术已经成熟，并将在今年将其产品上市。与国际f：研究开发的力度和规模相比较，国内对CIGS薄膜太阳能电池的研究几乎微fi足道，以自然科学基金和国家863计划为主的基础研究资金投入不足300万人民币，相关基础研究水平较低，国内日前达到的实验窒最高光电转化率仅为8-9。以产业化为口的的研究项目有南开大学光电子所的”

32、2001年能源技术领域后续能源技术主题太阳能薄膜电池”863”项日”CIGS课题，科技部资金支持强度约2000万人民币，f=l标是建成0 3MW中试线。大约存2001年以前国内从事CIGS薄膜太阳能电池研究的单位极少，稍有影响的是火汴南丌大学光电子所和作者所在的清华大学机械I程系功能薄膜研究室。之后才有了解到别的一些单位，如北京大学晕离子实验事、清华大学材料科学与l：程系、中国科技大学等也开始开展CIS系太阳能电池的研究。近期通过学术会议和别的途径了解到，t目单位计划申请立项准备开展这方面的研究，例女ll-lL京科技大学、钢铁研究总院等，但是从立项计划书中的研究计划可以知道，研究水平应该说是处

33、于非常初始的阶段，或者就是没有研究基础只是计划研究CIGS太阳能电池。从以上数据可以看出我国与该领域技术领先国家的差距是非常大的。这不仅仅体现在CIGS化合物薄膜电池所涉及的系种类数量、研究单位和公司的数量、所达到的光电转换的效率、成品率、产业化技术开发、投入的资金等技术层面上内容，更体现在国家科技决策部门对发展CfGS等重要电池的重要件的认识层面。1.7待解决问题尽管对CIGS薄膜太阳能电池的研究已有很多，但从实用角度来讲，还有许多研究工作，无论是光吸收层材料，还是器件本身都有需要完善的地方。另外各层之间的晶格匹配研究也是提高GIGS薄膜太阳能电池效率和稳定性必须完成的。18本论文研究的意义

34、和内容窗口层材料对太阳能电池影响很大，制约着电池光电转换效率。本论文是在改善传统化学水浴法工艺基础上，研究镉盐浓度与种类、氨盐、硫脲、氨水浓度对硫化镉薄膜的影响，分析不同的工艺条件对制备CdS的影响，并对制各的样品作了结构、形貌以及光学分析。解决了用化学水浴法难以制备大面积厚度均匀的薄膜的问题，制备出大面积颗粒均匀致密、适合于太阳电池的硫化镉薄膜。论文还对用磁控溅射法制备ZnO薄膜作了详细研究，解决了在低温条件下，制备出透光率高、结晶度好的氧化锌薄膜的难题，为大面积生产CIGS薄膜太阳能电池提供了制备优良窗口层材料的制备工艺。论文主要包括以下内容：第一部分：简要地介绍了太阳能电池的发展情况，以

35、级太阳能电池的种类，为后文的研究打个基础。第二部分：介绍了CIGS的结构以及制备方法，以及所使用的设备的介绍。 第三部分：使用多种络合剂方案制备ZnSe 薄膜，分析工艺参数对薄膜的结构、表面形貌、组分和光学特性的影响，并分析了退火对薄膜特性的影响和化学 10 浴沉积低温制膜样品的量子尺寸限制效应，以及薄膜的生长过程。第四部分：对全文进行总结，并对研究提出进一步展望。第二章 铜铟硒薄膜太阳电池2.1铜铟硒薄膜太阳电池简介铜铟硒薄膜太阳电池是以多晶CuInSe2(CIS)半导体薄膜为吸收层的太阳电池，金属镓元素部分取代铟，又称铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳电池。CIGS材料属于-族四元化合物半导体，

36、具有黄铜矿的晶体结构。CIGS薄膜太阳电池自20世纪70年代出现以来，得到非常迅速的发展，目前已经成为国际光伏界的研究热点，并逐步实现产业化。2.2铜铟硒薄膜太阳电池结构铜锢稼硒(CIGS)薄膜太阳能电池，具有层状结构，吸收材料属于I -III-VI族化合物，其结构如图2.1.1所示。衬底一般采用玻璃，也可以采用柔性薄膜衬底。一般采用真空溅射、蒸发或者其它非真空的方法，分别沉积多层薄膜，形成P-N结构而构成光电转换器件。从光入射层开始，各层分别为:金属栅状电极、减反射膜、窗口层(Zn0 )、过渡层(CdS)、光吸收层(CIGS)、金属背电极(Mo )、玻璃衬底。经过近30年的研究，CIGS太阳

37、电池发展了很多不同结构。最主要差别在于窗口材料的不同选择。最早是用n型半导体CdS作窗口层，其禁带宽度为2. 42eV，一般通过掺入少量的ZnS，成为CdZnS材料，主要目的是增加带隙。但是，锅是重金属元素，对环境有害，而且材料本身带隙偏窄。近年来的研究发现，窗口层改用Zn0效果更好，Zn0带宽可达到3. 3eV , CdS的厚度降到只有约50nm，只作为过渡层。为了增加光的入射率，最后在电池表面蒸发一层减反膜(一般采用MgFz )，电池的效率会得到1-2%的提高。现在研究表明，衬底一般采用碱性钠钙玻璃(碱石灰玻璃)，主要是这种玻璃含有金属钠离子。Na通过扩散可以进入电池的吸收层，这有助于薄膜

38、晶粒的生长1-3。 Mo作为电池的底电极要求具有比较好的结晶度和低的表面电阻，制备过程中要考虑的另外一个主要方面是电池的层间附着力，一般要求Mo层具有鱼鳞状结构，以增加上下层之间的接触面积;CIS/CIGS层作为光吸收层是电池的最关键部分，要求制备出的半导体薄膜是p型的，且具有很好的黄铜矿结构，晶粒大、缺陷少是制备高效率电池的关键;CdS作为缓冲层，不但能降低i-Zn0与P-CIS之间带隙的不连续性，而且可以解决CIS和Zn0晶格不匹配问题;n-Zn0(AZO)作为电池的上电极，要求具有低的表面电阻，好的可见光透过率，与Al电极构成欧姆接触;防反射层MgFz可以降低光在接收面的反射，提高电池的

39、效率。i-Zn0和CdS层作为电池的n型层，同P型CIGS半导体薄膜构成p-n结。11 吸收层CIGS(化学式Cu工nGaSe2)是薄膜电池的核心材料，属于正方晶系黄铜矿结构(如图2. 1. 2)。具有复式晶格，晶格常数a=0.577nm, c=1.154nm。作为直接带隙半导体，其光吸收系数高达105量级(几种薄膜太阳能材料中较高的)。禁带宽度在室温时是1. 04eV，电子迁移率和空穴迁移率分别为3.2102(cm2/VS)和110 (cm2/VS)。现在真空工艺制备的收层薄膜，一般是多晶结构，其迁移率相对较小，大约是0. 1 20 (cm2 / VS )。空穴浓度在1014cm-3和41020cm-3之间，电子浓度在51015cm-3到71020Cm13范围。通过掺入适量的稼以替代部分I