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铜铟硒(CIS)薄膜电池制备方法

2022/07/16309 作者:佚名
导读:为降低大面积C IS太阳电池的制作成本、,各国学者提出了不同的制作方法,除了吸收层C IS 以外,其他各层通常采用真空蒸发或溅射成膜。过渡层CdS 的制备使用化学成膜法可以保证膜的致密、均匀,易于控制,现今多采用水浴法。吸收层CIS(CIGS) 是多元化合物,原子的晶格配比及结晶状况对其性能起着决定性的作用。制备CIS和CIGS吸收层有许多种方法:真空蒸发、磁控溅射、电沉积法、电子束蒸发、电镀等等

为降低大面积C IS太阳电池的制作成本、,各国学者提出了不同的制作方法,除了吸收层C IS 以外,其他各层通常采用真空蒸发或溅射成膜。过渡层CdS 的制备使用化学成膜法可以保证膜的致密、均匀,易于控制,现今多采用水浴法。吸收层CIS(CIGS) 是多元化合物,原子的晶格配比及结晶状况对其性能起着决定性的作用。制备CIS和CIGS吸收层有许多种方法:真空蒸发、磁控溅射、电沉积法、电子束蒸发、电镀等等。先简单介绍几种制备方法。

1、蒸发法制备法:作为实验室里制备面积很小的CIGS电池样品时,蒸发法制备的电池效率比较高,包括最高转化率的电池的CIGS层均是蒸发法制备的。采用多元共蒸发法成膜工艺,虽然可制备出高水平CIGS的电池,但元素的化学配比很难靠蒸发来精确控制,因而电池的良品率不高,产业化的实现比较困难,另外蒸发法其原料的利用率低,对于贵金属来说浪费大,不利于降低成本。这两种方法在日本、美国、德国无论在实验室和生产线上都有采用。

2、电沉积技术制备法:电沉积技术分为两大类:一步法、分步法。一步法制备CIS 薄膜涉及各元素(Cu、In、Se) 的分别沉积, 其中铜和硒的电极电位远比铟的高。这样在沉积过程中,铟元素较难还原。通常通过调节溶液pH值、电镀液中各元素的浓度, 使三种元素的电极电位尽可能相近,以保证三元素以接近CIS分子式的化学计量比析出。最初电化学沉积CIS薄膜采用恒电流法,后绝大多数是控制恒电位。

3、电镀法制备法:电镀法制备CIGS层,要制备具有理想定比、致密和表面均匀的薄层非常困难。要获得生产要求大面积均匀则更难。

4、硒化法是制备CIS (CIGS)薄膜的主流工艺,它是通过将Cu、In、Ga 合金预制膜硒化来制得C IGS 薄膜,硒化法中,Cu 和In 的厚度按配比严格控制,成膜方法有溅射、蒸发和电沉积等等。硒化法主要有分步蒸发硒化法,后硒化法等。分步硒化法是指将Cu Se和In Se分别共蒸后再硒化。当前,国际上比较流行”三步蒸发硒化法”制备CIGS 薄膜材料。近年来以固态硒作源的硒化(固态源后Se 化工艺) 被广泛采用,其原料为Se H2固气混合体,可以将固态Se 蒸发为饱和蒸汽,通过控制衬底温度和蒸汽压强,来实现硒化工艺,由此降低成本,而且无毒,工艺的重复性也有很大的提高。

5、溅射法不但可以可靠的调节各元素配比,并且制备出来的膜均匀性好,因为溅射粒子的能量比蒸发法要大的多,所以膜与基片的附着力增加,使膜致密结实,同时还可以控制溅射速率和时间的控制,有利于提高重复性。磁控溅射一般溅射CuIn和CuGa沉积CuInGa合金预制层,然后硒化。

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