電沉積CuInSe2及Cu(In,Ga)Se2薄膜的熱處理工藝研究.pdf

1、Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族黃銅礦結構的CuInSe2系化合物半導體因具有優(yōu)異的光、電學性能而成為最有發(fā)展前景的光伏材料。已有的CuInSe2的制備方法主要為昂貴的真空法,如蒸發(fā)和濺射。電沉積法制備CuInSe2系光吸收層薄膜具有成本低廉、能大面積沉積和非真空制備等優(yōu)勢,并有望獲得大規(guī)模工業(yè)應用。電沉積制備的CuInSe2或者Cu(In,Ga)Se2預制層薄膜為非晶或納米晶,需要進行熱處理以改善其結晶性并獲得器件制備所需性能。
　　 本論文主要

2、采用SEM、EDS、XRD、AES、Raman等多種薄膜表征手段研究不同熱處理工藝對一步電沉積預制層薄膜成分、形貌、結構、光學性能的影響規(guī)律,主要研究結果如下:
　　 (1)研究了Ar氣氛下快速熱處理工藝(Rapid Thermal Annealing,RTA)對電沉積Cu(In,Ga)Se2薄膜性能的影響。研究結果表明,經(jīng)RTA處理后薄膜結晶性能得到了很大的改善并能維持原有化學組成,但表面形貌變差。溫度越高薄膜結晶性能越好,但

3、是當溫度超過500℃后薄膜中In和Se揮發(fā)損失嚴重;采用70℃/S的升溫速率和30秒的保溫時間均有利于Ga元素并入黃銅礦結構。
　　 (2)對一步電沉積CuInSe2和Cu(In,Ga)Se2預制層薄膜在H2S/Ar氣氛中硫化處理30分鐘,制備寬帶隙四元CuIn(Se,S)2和五元Cu(In,Ga)(Se,S)2薄膜。研究發(fā)現(xiàn)提高處理溫度有利于S元素擴散進入薄膜,使得薄膜的禁帶寬度Eg值增大;500℃下硫化有利于S元素的均勻擴散

4、并形成較均一的單相CuIn(Se,S)2,溫度更低或更高導致S呈梯度分布并可能出現(xiàn)相分離現(xiàn)象;預制層薄膜的組成嚴重影響S元素的進入,富銅的薄膜(Cu/In＞1)有利于S元素的擴散進入,這與薄膜表面存在的Cu(Se,S)二次相有關。
　　 (3)針對電沉積預制層薄膜,采用蒸發(fā)固態(tài)硫進行摻硫并結合RTA處理制備出寬帶隙四元CuIn(Se,S)2和五元Cu(In,Ga)(Se,S)2薄膜。物相分析發(fā)現(xiàn)蒸發(fā)后的硫以S8分子結晶在預制層薄