CIGS太阳能电池缓冲层ZnS薄膜的制备与表征
CIGS薄膜太阳能电池材料的制备 结构及性能研究
三、玻璃基太阳能电池薄膜材料的性能研究
2、电学性能：薄膜材料的电学性能主要包括导电性能、电荷传输性能和接触 电阻等。这些性能直接影响着太阳能电池的电流和电压输出。因此，研究薄膜材 料的电学性能及其影响因素，有助于提高太阳能电池的电学性能和稳定性。
三、玻璃基太阳能电池薄膜材料的性能研究
3、稳定性：太阳能电池在长期使用过程中会受到环境因素的影响，如光照、 温度、湿度等。因此，研究薄膜材料的稳定性及其影响因素，有助于提高太阳能 电池的使用寿命和稳定性。
三、CIGS薄膜太阳能电池材料的性能研究
1、光学性能：CIGS薄膜具有较高的光学吸收系数，这使得其能够有效地吸收 太阳光并转化为电能。在可见光波段，CIGS薄膜的吸收系数大于10^4 cm-1，而 在红外波段，吸收系数则下降至3000-4000 cm-1。
三、CIGS薄膜太阳能电池材料的性能研究
三、CIGS薄膜太阳能电池材料的性能研究
4、环境友好性：CIGS太阳能电池在生产和使用过程中产生的环境污染较小， 且材料可回收再利用。这使得其成为一种具有可持续发展潜力的能源形式。
参考内容
内容摘要
随着全球对可再生能源需求的日益增长，薄膜太阳能电池作为一种清洁、高 效、可灵活制备的能源转换技术，受到了广泛。其中，铜、铟、镓、硒（CIGS） 薄膜太阳能电池是研究最为活跃的一类。CIGS太阳能电池具有高光电转换效率、 低成本、可柔性制备等优势，被认为是下一代薄膜太阳能电池的主流技术之一。 本次演示将对CIGS薄膜太阳能电池吸收层的制备工艺进行综述。
溶液处理法制备CIGS薄膜一般包括：溶液混合、薄膜沉积和硒化处理等步骤。 在制备过程中，各元素的化学计量比、溶液浓度、沉积温度和硒化条件等因素对 薄膜的结构和性能有重要影响。因此，优化制备工艺，实现CIGS薄膜的可控制备， 对于提高CIGS太阳能电池的光电转换效率具有重要意义。
《铜锌锡硫硒薄膜太阳能电池吸收层的制备及其性能调控》范文
《铜锌锡硫硒薄膜太阳能电池吸收层的制备及其性能调控》篇一一、引言随着能源需求和环境压力的不断增长，寻找和开发清洁的可再生能源已经成为现代科技的重要方向。
而薄膜太阳能电池作为新型的能源转换技术，具有广阔的应用前景。
其中，铜锌锡硫硒（CZTSSe）薄膜太阳能电池因其材料来源广泛、成本低廉、高效率等优点备受关注。
本文将重点介绍铜锌锡硫硒薄膜太阳能电池吸收层的制备过程以及性能调控的方法。
二、吸收层制备方法1. 材料选择与预处理首先，需要选择合适的铜、锌、锡、硫和硒等元素的前驱体材料。
这些材料需要经过严格的筛选和预处理，以确保其纯度和活性。
预处理过程包括材料的清洗、干燥和研磨等步骤。
2. 制备工艺（1）溶胶-凝胶法：通过将前驱体材料溶解在有机溶剂中，形成均匀的溶胶，然后通过热处理过程转化为凝胶，最后进行烧结处理得到CZTSSe吸收层。
（2）真空蒸发法：在真空环境下，通过加热使各元素分别蒸发，然后在基底上通过控制蒸发速率和温度等参数，形成均匀的CZTSSe薄膜。
（3）溅射法：利用高能粒子轰击靶材，使靶材中的元素溅射出来并沉积在基底上，形成CZTSSe薄膜。
三、性能调控方法1. 成分调控通过调整铜、锌、锡、硫和硒等元素的配比，可以优化CZTSSe吸收层的性能。
不同元素的配比会影响薄膜的电学性能、光学性能以及稳定性等。
2. 结构调控通过控制制备过程中的温度、压力、时间等参数，可以调整CZTSSe薄膜的结晶度、晶粒大小以及孔隙率等结构参数，从而影响其性能。
此外，还可以通过引入纳米结构、异质结构等手段进一步提高薄膜的性能。
3. 掺杂与表面处理掺杂其他元素可以改善CZTSSe薄膜的导电性能和光吸收性能。
同时，对薄膜表面进行适当的处理，如化学浴沉积、等离子体处理等，可以提高薄膜的附着力和表面粗糙度，从而进一步提高其性能。
四、实验结果与性能分析通过对比不同制备方法和性能调控手段下的CZTSSe薄膜太阳能电池的效率、稳定性等性能指标，可以发现：适当的成分调控和结构调控可以有效提高CZTSSe薄膜太阳能电池的效率；掺杂与表面处理可以进一步提高薄膜的附着力和光吸收性能；溶胶-凝胶法、真空蒸发法和溅射法等制备方法各有优劣，需要根据实际需求选择合适的制备方法。
ZnS薄膜的电沉积及表征
第36卷第1期2008年2月福州大学学报(自然科学版)Journal of Fuzhou University(Natural Science)Vol.36No.1Feb.2008文章编号:1000-2243(2008)01-0073-04 ZnS薄膜的电沉积及表征翁晴1,程树英1,2(1.福州大学食品安全分析与检测教育部重点实验室化学化工学院,福建福州 350002;2.福州大学物理与信息工程学院,福建福州 350002)摘要:利用恒电位电沉积技术实现在I T O导电玻璃上沉积ZnS薄膜,用X射线粉末衍射、扫描电镜、原子力显微镜和X射线光电子能谱对制得的薄膜进行了研究.实验表明,用该方法制得的薄膜样品的主要成分是α-ZnS,薄膜表面均匀、致密和平整,平均粗糙度为3.112n m,颗粒的粒径大约为50～100n m.该薄膜中Zn原子和S原子化合价分别为+2价和-2价,原子个数比接近于1∶1,没有探测到单质元素(Zn或S)沉积.关键词:ZnS薄膜;电沉积;XRD;SE M;AF M;XPS中图分类号:O484文献标识码:AElectrodepositi on and character i za ti on of ZnS th i n f il m sW E NG Q ing1,CHE NG Shu-ying1,2(1.M inistry of Educati on Key Laborat ory of Analysis and Detecti on Technol ogy for Food Safety,College of Che m istryand Che m ical Engineering,Fuzhou University,Fuzhou,Fujian350002,China;2.College of Physics and I nfor mati on En2 gineering,Fuzhou University,Fuzhou,Fujian350002,China)Abstract:The ZnS fil m s were deposited on I T O by using constant-potential electr o-depositi on,and were studied by using X-ray diffracti on(XRD),scan electr on m icr oscope(SE M),at om ic f orce m icr o2 scope(AF M)and X-ray phot oelectr on s pectr oscopy(XPS)techniques.It is p r oved that the dom ina2 ting compositi on of the thin fil m s is the compound ofα-ZnS,the ZnS fil m s are unif or m,dense and s mooth;the average r oughness is3.112n m,the dia meter of granule is about50～100n m.I n the ZnS fil m s,Zn is in the oxidati on state+2,and S is in the reducti on state-2.The at om ic rati o of Zn/S is nearly1∶1,and the depositi on of single ele ment Zn or S has not been detected in the ZnS fil m s.Keywords:ZnS fil m;electr o depositi on;XRD;SE M;AF M;XPS在太阳能薄膜电池中应用最广泛的缓冲层材料是CdSe和CdS[1],但是在制备CdSe和CdS缓冲层的过程中会产生大量的含Cd废水,对环境产生极大的污染,而且对太阳能电池的回收处理比较困难.因此,近几年以来人们致力于研究不含Cd的缓冲层.现已发现可以利用ZnS来代替CdSe和CdS充当缓冲层材料[2,3].ZnS对太阳光基本不吸收,而且ZnS的禁带宽度为3.5～3.7e V[4]比CdS的2.4e V[5]更宽,这样可以使更多的高能量光子被传送到电极上,提高电池光电转换效率.为了不同的目的,人们采用各种方法制备并研究ZnS薄膜[6-10],利用电沉积制备ZnS薄膜的报道并不多[11],并且电沉积法具有工艺简单、成本低廉且适用于大面积制备等优点.本文利用恒电位沉积的方法在I T O导电玻璃上电沉积ZnS薄膜,研究其物相结构、表面形貌、化学成分和价态.1 实验部分仪器.CH I660B电化学工作站(上海辰华仪器公司).采用三电极系统,铂电极为对电极(阳极),饱和甘汞电极(SCE)为参比电极,I T O(I ndiu m Tin Oxide)导电玻璃基片为工作电极(阴极);X’Pert-MP D X 射线衍射仪;Phili p s XL30ESE M环境扫描电镜(SE M);Veeco D i m ensi on3000原子力显微镜(AF M);Escal2 ab220-I XL(VG Scientific,UK)X射线光电子能谱仪(XPS):真空度小于2×10-7Pa,源功率:120W,收稿日期:2007-05-08作者简介:翁晴(1981-),女,硕士研究生;通讯联系人:程树英,教授.基金项目:福建省自然科学基金资助项目(2006J0032);科技三项项目(2006F5062)福州大学学报(自然科学版)第36卷单色A l Kα源1486.6e V,光斑直径大小为1mm ,通能:100e V (宽扫描),20e V (窄扫描);K Q -50E 型超声波清洗器(昆山市超声仪器有限公司).试剂.ZnS O 4,Na 2S 2O 3,丙酮,无水乙醇,均为分析纯.I T O 导电玻璃基片的清洗.丙酮超声清洗20m in →无水乙醇超声清洗20m in →去离子水超声清洗20m in →无尘纸擦干.样品的制备.沉积溶液为100mL 含有0.03mol/L 的ZnS O 4和0.45mol/L 的Na 2S 2O 3混合溶液,向混合溶液中添加稀硫酸调节溶液pH =2.5,控制沉积电位E =-1.0V (vs .S CE ),沉积时间t =1.5h,制得ZnS 薄膜.2 结果与讨论2.1 物相和结构分析图1是一个典型ZnS 薄膜样品的X 射线粉末衍射谱图(Cu 靶,Kα辐射).从图中可以看出:在2θ=25°～60°扫描范围内,有7个较明显的峰,所有衍射峰的峰位都与卡号为JCP DS72-163的标准ZnS 的衍射峰基本吻合,说明所得样品是α-ZnS 薄膜.2.2 表面形貌分析用扫描电镜(SE M )和原子力显微镜(AF M )观察薄膜的表面形貌和颗粒大小.用恒电位电沉积方法制备的ZnS 薄膜都比较均匀、致密、光滑.图2是ZnS 薄膜样品放大倍数为4×104倍的SE M 图片,可看出薄膜具有良好的均匀性和致密性,颗粒比较小.图3是其AF M 图片,可得出颗粒的平均粗糙度为3.112n m ,粒径大约为50～100n m.・47・第1期翁晴,等:ZnS 薄膜的电沉积及表征2.3 XPS 分析图4 ZnS 薄膜样品的X 射线光电子能谱全谱图Fig .4 XPS wide s pectru m of the ZnS fil m 用X 射线光电子能谱仪来分析薄膜中的元素成分和化学价态.图4为ZnS 薄膜样品的X 射线光电子能谱全谱图,从图中可以看出样品表面所含各元素的X 射线光电子能谱峰:Zn 2p1、Zn2p3、I n 3p1、I n 3p3、O 1s 、Zn L MM 、Zn L MM 、I n3d5、C 1s 、S 2s 、S 2p3、Zn 3s 、Zn 3p 和Zn 3d,其中C 、O 为样品表面暴露于大气后的污染元素,I n来自于I T O 导电玻璃,因为样品是电沉积在I T O 导电玻璃上,可能由于沉积的ZnS 薄膜比较薄,把I T O 中的I n 也检测出来;Zn L MM 是Zn 的俄歇电子能谱峰.图5为元素Zn 、S 、I n 、C 和O 的精细谱线图.总的来说,样品表面除了C 、O 玷污以外,没有探测到其它单质元素.根据X 射线光电子能谱手册[12],单质硫的2p3电子束缚能为163.6～164.1e V ,S O 2中+4价态S 的2p3电子束缚能为167～168e V ,ZnS 中-2价态S 的2p3电子束缚能为161.2～162e V,ZnS 中Zn 的2p3电子束缚能为1022.2～1022.8e V.对照图5,ZnS 薄膜中Zn 的2p3电子束缚能为1022.50e V,S 的2p3图5 Zn 、S 、I n 、C 和O 元素精细谱线图Fig .5 Corres ponding t7575o fine s pectra of Zn 、S 、I n 、C and O ele ment・57・福州大学学报(自然科学版)第36卷电子束缚能为161.93e V,与标准值基本吻合,因此可以说明ZnS 薄膜中Zn 原子基本上是以+2价的形式存在,S 原子基本上是以-2价的形式存在.表1总结了ZnS 薄膜样品表面各元素的XPS 峰值位置以及Zn 、S 元素的相对含量分析结果.根据表1可以知道,Zn 和S 的原子个数比接近于1∶1,符合ZnS 的化学计量比.表1 ZnS 薄膜表面各元素的XPS 实验分析结果Tab .1 XPS results of the ZnS f il m 元素峰E /e V w /%元素峰E /eV w /%Zn 2p31022.5011.827I n 3d5443.590.375O 1s531.9824.243C 1s 286.483.172O 1s529.980.994C 1s 285.0839.072I n 3d5445.247.388S 2p3161.9312.9293 结语利用恒电位电沉积的方法在I T O 上制得的薄膜主要成分是α-ZnS,薄膜均匀、致密和平整,平均粗糙度为3.112n m ,颗粒的粒径大约为50～100nm .该薄膜中Zn 原子和S 原子化合价分别为+2价和-2价,原子个数比接近于1∶1,没有探测到单质元素(Zn 或S )沉积.参考文献:[1]Giardini A,Ambrico M ,S maldone D,et a l .Structural and op tical p r operties of Ⅱ-Ⅵthin film s and Ⅱ-Ⅵmultilayered structures gr own on sili on by laser ablati on[J ].Materials Science and Engineering,1997(43):102-107.[2]Kundu S,O lsen L C .Che m ical bath deposited zinc sulfide buffer layers f or copper indiu m galliu m sulfur -selenide s olar cellsand device analysis[J ].Thin Solid Fil m s,2005(471):298-303.[3]O ladeji IO,Chow L.A study of the effects of a mmoniu m salts on che m ical bath deposited zinc sulfide thin fil m s[J ].Thin SolidFil m 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铜铟镓硒(CIGS)薄膜的制备
Kwak et al. Crystal Growth & Design, Vol. 10, No. 12, 2010
Kwak et al. Crystal Growth & Design, Vol. 10, No. 12, 2010
2.4 纳米晶墨水印刷法
该方法包括前驱物纳米晶墨水制备和薄膜的制作。
• 其他方法沉积得到符合元素化学计量比的CIGS 薄膜比较困难并且容易出现二元或一元杂相,影 响了电池效率的进一步提高.
• 溅射后硒化法被视作更理想的产业化路线,目前 国际上生产线也多采用此方法.
31
台湾
子 南子 北 中 孚 铼 所 开所 大 科 日 德
光等院 电离
大陆
Jap
A
3.2 目前研究
1.1背景
太阳能电池发电原理
1.2 CIGS简介
CulnSe2(CIS)属于I–III–VI 族化合物，属于正方晶系 黄铜矿结构，具有复式晶 格，晶格常数a=0.577nm， c =1.154nm 。 CIS中引入 Ga部分替代In形成CIGS (CuInxGa(1-x)Se2)，它是直 接带隙半导体材料，带隙 可在一较大范围内调节。 作为光的吸收层，CIGS是 薄膜电池的核心材料，
CIGS晶体黄铜矿结构示意图
多元相图
1.3 CIGS薄膜太阳能电池结构
CIGS电池中异质结能带结构图
不同材料的光吸收系数
1.4 CIGS太阳能电池的优势及应用
• 性能优点
导体禁带能隙在1.0~1.7eV之间可调
吸收系数高，达到105cm-1 与缓冲层CdS有良好的晶格匹配 直接能隙，具有光子再循环效应 没有光致衰退效应
Reline试剂：氯化 胆碱，尿素
cigs薄膜太阳能电池生产流程
cigs薄膜太阳能电池生产流程英文回答：CIGS Thin Film Solar Cell Manufacturing Process.CIGS (Copper Indium Gallium Selenide) thin film solar cells are a type of photovoltaic cell that convertssunlight into electricity. They are made of a thin layer of CIGS material deposited on a substrate, typically glass or metal. CIGS solar cells are lightweight, flexible, and efficient, making them a promising technology for widespread use in solar energy applications.The manufacturing process of CIGS thin film solar cells involves several steps:1. Substrate preparation: The substrate is cleaned and prepared to receive the CIGS layer. This may involve etching or other surface treatments.2. CIGS deposition: The CIGS layer is deposited using a variety of techniques, including physical vapor deposition (PVD), chemical vapor deposition (CVD), and sputtering.3. Buffer layer deposition: A buffer layer is deposited on top of the CIGS layer. This layer helps to protect the CIGS layer from oxidation and other environmental factors.4. Front contact deposition: A front contact is deposited on top of the buffer layer. This contact collects the electricity generated by the solar cell.5. Back contact deposition: A back contact is deposited on the back of the substrate. This contact provides a path for the electricity to flow out of the solar cell.6. Encapsulation: The solar cell is encapsulated in a protective material, such as glass or plastic. This protects the solar cell from the elements and ensures its long-term durability.CIGS thin film solar cells are a promising technologyfor widespread use in solar energy applications. They are lightweight, flexible, and efficient, and they can be manufactured at a relatively low cost. As the technology continues to develop, CIGS solar cells are likely to become increasingly competitive with other types of solar cells.中文回答：CIGS 薄膜太阳能电池生产流程。
铜铟镓硒太阳能电池和半导体器件的制备与性能优化
铜铟镓硒太阳能电池和半导体器件的制备与性能优化铜铟镓硒（CIGS）太阳能电池作为一种高效的薄膜光伏材料，在可再生能源领域备受关注。
本文将介绍CIGS太阳能电池和半导体器件的制备过程，并探讨如何优化其性能。
1. CIGS太阳能电池的制备过程CIGS太阳能电池的制备主要包括以下几个步骤：1.1 基板清洗首先，将玻璃或复合金属基板进行清洗，以去除表面的杂质和污染物，确保接下来的制备过程中获得干净的基板。
1.2 氧化层制备在基板表面形成适当的氧化层，常用的方法有热氧化和物理气相沉积（PECVD）。
氧化层的形成可以增强材料的吸附性能和界面结合强度。
1.3 材料沉积将铜、铟和镓等金属元素以适当的比例沉积在氧化层上，形成CIGS薄膜。
沉积方法主要有物理气相沉积、磁控溅射和蒸发等。
1.4 烧结和晶化通过高温处理使金属元素发生扩散和反应，形成CIGS晶体结构。
烧结和晶化过程中的温度和时间控制非常重要，它们直接影响到CIGS薄膜的结晶度和光电转换效率。
1.5 背电极制备在CIGS薄膜上沉积背电极，常用的材料是钼。
背电极起到电子收集和传输的作用，对太阳能电池的性能有重要影响。
1.6 正电极制备在背电极上制备透明导电氧化物层，例如氧化锌（ZnO）和氧化镓锌（IGZO）。
正电极的制备需要保证良好的透明性和导电性。
2. CIGS太阳能电池性能的优化为了提高CIGS太阳能电池的性能，可以从以下几个方面进行优化：2.1 材料组成和晶体结构调节CIGS薄膜中铜、铟、镓和硒的比例，以满足最佳的能带结构和光电转换效率。
此外，通过控制烧结和晶化条件，可以改善晶体结构和缺陷密度，提高载流子迁移性能。
2.2 光吸收层厚度CIGS薄膜的厚度对光吸收和载流子产生的效率有影响。
通过适当调整光吸收层的厚度，可以最大限度地充分吸收太阳能光子，提高光电转换效率。
2.3 界面和接触优化CIGS与背电极和正电极之间的界面和接触能够提高电子和空穴的收集效率。
铜铟镓硒薄膜太阳能电池研究
铜铟镓硒薄膜太阳能电池研究一、本文概述随着全球能源需求的日益增长，传统能源资源的枯竭和环境问题的日益严重，寻找清洁、可再生的能源已成为人类社会发展的迫切需求。
太阳能作为一种无限、无污染的可再生能源，越来越受到人们的关注。
铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池作为一种高效、低成本的太阳能电池技术，在近年来得到了广泛的研究和应用。
本文旨在全面深入地探讨铜铟镓硒薄膜太阳能电池的研究现状、发展趋势以及面临的挑战，以期为相关领域的研究者和技术人员提供有益的参考和启示。
本文将对铜铟镓硒薄膜太阳能电池的基本原理和性能特点进行详细介绍，以便读者对其有一个清晰的认识。
然后，本文将重点分析铜铟镓硒薄膜太阳能电池的研究进展，包括材料制备、结构设计、性能优化等方面，以及目前面临的主要问题和挑战。
在此基础上，本文将探讨铜铟镓硒薄膜太阳能电池的未来发展趋势，包括新型材料、新工艺、新技术等方面的研究和应用前景。
本文还将对铜铟镓硒薄膜太阳能电池在可再生能源领域的应用价值和前景进行展望，以期为推动该领域的发展提供有益的参考。
二、铜铟镓硒薄膜太阳能电池的基本原理与结构铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池是一种基于多元金属硫化物吸收层的光伏器件，具有高效、低成本和环境友好等特点。
CIGS太阳能电池的基本原理是光电效应，即太阳光照射到电池表面时，光子被吸收层中的金属硫化物吸收并激发出电子-空穴对，这些载流子在电池内部电场的作用下分离并收集，从而产生光生电流。
透明导电层：通常采用氟掺杂氧化锡（FTO）或铟锡氧化物（ITO）等透明导电材料，用于收集光生电子并传输到外电路。
CIGS吸收层：是电池的核心部分，由铜、铟、镓和硒等元素组成的多元金属硫化物，具有较宽的吸收光谱和较高的光电转换效率。
缓冲层：位于CIGS吸收层与透明导电层之间，通常采用硫化镉（CdS）或硫化锌（ZnS）等材料，用于减少界面复合和提高电池性能。
金属背电极：通常采用铝（Al）或银（Ag）等金属材料，用于收集光生空穴并传输到外电路。
《2024年太阳能电池缓冲层与CZTSSe吸收层的制备及性能》范文
《太阳能电池缓冲层与CZTSSe吸收层的制备及性能》篇一一、引言随着全球对可再生能源的日益关注，太阳能电池已成为最具潜力的能源转换技术之一。
太阳能电池的核心部分包括吸收层和缓冲层，其性能直接决定了太阳能电池的效率。
本文将重点探讨太阳能电池中CZTSSe吸收层与缓冲层的制备方法及其性能研究。
二、太阳能电池概述太阳能电池是一种将太阳能转化为电能的设备。
其核心部分包括吸收层和缓冲层。
吸收层主要负责对太阳光的吸收，而缓冲层则起到减少界面缺陷、提高电子和空穴的传输效率的作用。
CZTSSe（铜锌锡硫硒）材料因其具有较高的光吸收系数和适宜的能带结构，被广泛应用于太阳能电池的吸收层。
三、CZTSSe吸收层的制备CZTSSe吸收层的制备主要采用化学浴沉积法、共蒸发法等方法。
其中，共蒸发法因其能精确控制各组分比例、制备大面积薄膜等优点，成为目前研究热点。
在共蒸发过程中，通过控制蒸发速率、温度等参数，可得到具有良好结晶性能的CZTSSe薄膜。
四、缓冲层的制备缓冲层的主要作用是减少界面缺陷，提高电子和空穴的传输效率。
目前，常用的缓冲层材料包括CdS、i-ZnO等。
其中，i-ZnO因其具有较高的电子迁移率和良好的稳定性，成为一种优秀的缓冲层材料。
其制备方法主要包括溶胶-凝胶法、磁控溅射法等。
五、性能研究（一）吸收层性能CZTSSe吸收层的主要性能参数包括光吸收系数、能带结构、电导率等。
通过优化制备工艺，可得到具有较高光吸收系数和适宜能带结构的CZTSSe薄膜，从而提高太阳能电池的转换效率。
（二）缓冲层性能缓冲层的主要作用是减少界面缺陷，提高电子和空穴的传输效率。
因此，缓冲层的性能对太阳能电池的效率具有重要影响。
通过优化i-ZnO缓冲层的厚度、掺杂浓度等参数，可提高其电子迁移率和稳定性，从而提高太阳能电池的性能。
六、实验结果与分析通过对比不同制备方法、不同参数下的CZTSSe吸收层和i-ZnO缓冲层的性能，我们发现：共蒸发法制备的CZTSSe吸收层具有较高的光吸收系数和适宜的能带结构；而通过优化i-ZnO缓冲层的厚度和掺杂浓度，可显著提高其电子迁移率和稳定性。
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膜在可见光的范围内透过率总体上是不断的下降。
薄膜光学禁带宽度的大小可以用 ( ahv) 22hv曲线 来求得 [ 7] , 因为 ZnS 是直接禁带隙的材料, 其禁带宽
度与吸收系数有以下的关系:
a=
k( hv- Eg ) hv
1 2
# 67#
2008年 1月 25日第 25卷第 1期
通信电源技术
Te lecom Power Technologies
收稿日期: 2007209225 作者简介: 王世成 ( 19812) , 男, 江苏盐城人, 北京科技大学硕士 研究生, 主要研究方向为功能材料, 薄膜太阳能电池。
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制备 ZnS薄膜, 用 ( NH4 ) 2 S2 O3作为硫源的还没有见到 报道。利用 SEM、XRD 和 紫外 2可见光透射谱 研究了 制备过程中沉积时间以及退火时间对薄膜的结构、形 貌以及光学性能的影响。
为 200 e 时制得的 薄膜性能较好, 晶体结构为纤锌矿结构。制备的薄膜透过率 ( K> 400 nm )约为 80% , 薄膜的禁带宽度约
为 3. 75 eV。通过添加少量的分散剂丙三醇可以改善 ZnS薄膜质量 。退火温 度为 300 e , 薄膜表面形貌均匀致密。
关键词: ZnS薄膜; 化学 浴沉积法; X射线衍射; 紫外 2可见光光度计
Key words: ZnS thin film s; chem ica l bath deposition ( CBD); XRD; UV2V is spectra
0引 言
ZnS是具有 3. 65 eV 禁带宽度的本征半导体 [ 1] 。 兼有闪锌矿 (面心立方结构即 B2ZnS)和纤锌矿 (六方 结构即 A2ZnS)两种结构 [ 2] 。在铜铟镓硒 (简称 C IGS) 电池中充当缓冲层, 是制作薄膜太阳电池的优良材料。 目前在太阳能薄膜电池中广泛应用的缓冲层是硫化镉 ( CdS)。但是作为过渡层的 CdS 薄膜, 在制备过程中 涉及到有毒的 Cd 离子, 所以需要寻找 一种具有同等 性能且无毒的材料来代替 CdS 薄膜。目前已经有报 道 [ 3] , C IGS /ZnS异质结结构的太阳电池的转换效率已 达到 18. 6% [ 4 ] , 所以 ZnS薄膜有望取代 CdS。
看出薄膜沉积结束。由此可以清楚地看出沉积过程分 为快速增长阶段和饱和阶段两个不同阶段, 这是薄膜 的典型的生长规律 [ 6] 。
图 2为薄膜厚度随温度的变化曲线, 可以看出在 60 e 和 80 e 为快速增长阶段成线性生长。速率大约 0. 7 nm /m in和 1. 0 nm /m in。温度的增加, 提高了离子 的动能与它们内部的相互作用。升温提高了薄膜的沉 积速率, 相同的沉积时间, 温度越高, 溶液中 Zn离子和 S离子消耗 越快, 薄 膜到达饱 和膜厚的 时间就越 短。 由其形貌分析可以知道沉积温度对能否成膜 影响不 大。饱和阶段薄膜的厚度增长不大, 由于水浴内自由 试剂离子浓度急剧下降, 耗尽了硫离子与锌离子, 导致 沉积停止。
Jan. 25, 2008, Vo.l 25 No. 1
式中, hv= hc / K。 而吸收系数与透射率有如下关系: a = ln( 1 /T ) d
2008年 1月 25日第 25卷第 1期
通信电源技术
Te lecom Power Technologies
文章编号: 100923664( 2008) 0120066203
Jan. 25, 2008, Vo.l 25 No. 1
设计应用
C IG S太阳能电池缓冲层 ZnS薄膜的制备与表征
王世成 1, 杨永刚 1, 果世驹 1, 倪沛然 2 ( 1. 北京科技大学材料学院, 北京 100083; 2. 无锡爱芯科微电子有限 公司, 江苏 无锡 214028)
沉积薄膜的厚度持续增长的时期是 30 m in到 150 m in。 150 m in之后, 薄膜的厚度没有明显的变化, 可以
图 3 不同退火温度下 ZnS薄膜的透 射光谱
由图 3可以看出, 在可见光范围内透射率达 78%
以上 (T = 200 e ), 在 200 e 退火处理后的透射率有所
上升, 在其他温度退火处理后 ZnS 薄膜的透过率均有 所下降。而且在同一波长下, 随着退火温度的升高薄
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王世成 等: C IGS太阳能电池 缓冲层 ZnS薄膜的制备与表征
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相组成, 靶材为 Cu K a。利用 LEO21450 型扫描电镜对 薄膜的显微结构进行观测, 并用其配备的 Kevex Super2 Dry型能谱 仪 ( EDS) 对其 组成相的 成份进 行能 谱分 析。 DR /4000U 紫外可见分光光度计测量在不同波长 下薄膜的透射率。
本文 采用廉 价的、适用 于大面 积沉积 薄膜 的技 术 ) ) ) 化学浴沉积法 ( Chem ical Bath Deposit ion2CBD ) 制备 ZnS薄膜。采用化学浴沉积法沉积 ZnS 缓冲层, 一般使用氨水以及氨水和水合肼作为 Zn离子的络合 剂。本文探索了采用硫酸锌、( NH 4 ) 2 S2 O3为主要试剂
中图分类号 : TM 341
文献标识码: A
P reparation and Characterization of ZnS Buffer Layers for Cu( In, G a) Se2 Th in F ilm Solar Cells
WANG Sh i2cheng1, YANG Yong2gang1, GUO Shi2ju1, LI P e i2ran2 ( 1. University of Sc ience and Technology, B eijing 100083, China; 2. W uxi AsicM icro E lectron ics Co. Ltd. , W uxi 214028, China)
Abstract: ZnS th in film s were prepa red on glass sides by chem ica l bath depos ition ( CBD ), us ing zinc sulfa te and ( NH 4) 2S2 O3 as precursor aqueous solutions, a little am ount of sod ium c itrate is used as comp lexing agent and glycerol as dispe rse agent, the surfaces of deposited thin film swere hom ogeneous. The qua lity of ZnS film s form ed a t va rious deposition tim es and annea ls tem2 peratures is studied. The properties of ZnS th in film s were investigated by SEM、XRD、UV2V is spec tra . The resu lts of ana lyses show that A2ZnS structure th in film s w ith be tter qua lity can be fabr icated a t annea l tem perature of 200 e and deposition tim e of 90 m in. Transm ission measurem ents show that the optical transm ittance is about 80% when the wave length is over 400 nm. The band gap ( Eg) va lue of the deposited film is about 3. 75 eV. It is found that a little am ount of glycerol can im prove the qua lity of ZnS film s. ZnS film s are un iform ity and compact when annea l tem pe ra ture is 300 e .
1 实验方法
本实验选用了纳钙玻璃为衬底, 将衬底分别在丙 酮、酒精和去离子水中超声 30 m in。用量筒量取一定 体积预先配制好的 0. 5 mol/L 的 ZnSO4# 7H 2O 溶液和 0. 5 mol/L 的 ( NH 4 ) 2 S2 O3溶液; 加入烧杯 中, 持 续搅 拌, 加入一定体积浓度的柠檬酸钠溶液, 作为络合剂和 缓冲剂。用恒温磁力搅拌器不停地搅拌, 再加入一定 体积的丙三醇作为分散剂, 此时溶液变清。将水浴锅 调到合适温度, 将经过预处理的玻璃衬底垂直放入烧 杯中。在烧杯口处盖上表面 皿以防止试剂的 挥发流 失, 开始沉积薄膜, 经过预定时间的沉积, 将样品取出 后, 用去离子水冲去膜表面的固体沉淀粒子, 干燥后得 到能用于测量表征的 ZnS薄膜。在氮气气氛 的保护 下, 将薄膜置于电阻炉中进行退火处理。用 R igaku、 D /MAX2RB型 X2射线衍射仪分析薄膜晶体类型和物
摘要: 以硫酸锌、( NH 4) 2 S2O3混合溶液为前驱体溶液, 加入少量的柠檬酸钠和丙三醇为络合剂和分散剂, 采用化学浴 沉积法在玻璃衬 底上成功制备了表面均匀的 ZnS薄膜。研究了沉积时间和退火时间对 ZnS薄膜质量的影 响, 并 运用扫描
电镜 ( SEM )、X 射线衍射 ( XRD)、紫外 2可见光光度计对薄膜进行分析和表征。结果表明 : 在沉 积时间为 90 m in, 退火温度
按照实验设计要求, 依次改变沉积时间、退火时 间、退火温度。用上述同样的操作多次沉积薄膜, 制得 研究所需的一组薄膜。