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溅射时间对CIGS薄膜的影响范文

时间:2022-09-24 02:49:58

溅射时间对CIGS薄膜的影响

《大连工业大学学报》2014年第四期

1铜铟镓硒薄膜的表征

采用日本理学D/MAX-3C型X射线衍射仪对薄膜的物相进行表征;用JEOLJSM-6460LV型扫描电子显微镜观察薄膜的微观形貌;用PERKINELMER650-B型紫外-可见分光光度计测试薄膜的吸收系数;计算薄膜的禁带宽度;用四探针测试仪测试薄膜的电阻率。

2结果与讨论

2.1溅射时间对CIGS薄膜结构的影响

2.1.1CIGS薄膜物相分析图1是不同溅射时间下制备的CIGS薄膜的XRD图。从图中可以看出,溅射时间为30min时,CIGS薄膜呈现出两个衍射峰(112)和(220),两个峰强随溅射时间的增加而增强。沉积时间60min时,CIGS薄膜开始出现了(312)面的衍射峰,且衍射峰的强度随着溅射时间的增加而加强。因此由图1可以确定制备的CIGS薄膜是黄铜矿结构,沿(112)晶面择优生长。随着沉积时间的增加,衍射峰的强度逐渐增强,变尖锐,说明薄膜的结晶度变好,晶格质量提高,晶粒长大。

2.1.2CIGS薄膜微观形貌分析采用SEM对不同溅射时间CIGS薄膜的微观形貌进行观察,如图2所示。可以看出,溅射时间为30min的CIGS薄膜的表面平整,晶粒比较小,结晶程度低,薄膜表面有一定程度的团聚;随着溅射时间的增加,晶粒增大,结晶程度提高;当沉积时间为120min时,CIGS薄膜颗粒尺寸可达到1mm,且表面比较致密。这是因为随着沉积时间的增长,到达基底表面的粒子增多,而且更容易迁移到合适的位置,有利于晶核的生长;另一方面,样品中的玻璃衬底对晶粒生长的影响随CIGS膜厚的增加逐渐减小,因此厚晶导致晶体生长更加完整。

2.2溅射时间对CIGS薄膜性能的影响

2.2.1CIGS薄膜电阻率测试分析图3是薄膜的电阻率与时间的关系图。可以看出随着溅射时间的增加,CIGS薄膜的电阻率递减,为1.02Ω•cm。根据上述分析结果可知随溅射时间增长,薄膜晶粒尺寸增大且致密,从而增加载流子寿命并降低晶界散射,因此载流子浓度和迁移率提高,电阻率减小。

2.2.2CIGS薄膜光吸收系数测试分析对不同溅射时间下制备的CIGS薄膜作光吸收系数测试,其结果如图4所示,可看出不同溅射时间下制备的CIGS薄膜的吸收系数都接近105cm-1,而且随着时间的增长,CIGS薄膜的吸收系数增大,达到0.8×105cm-1,与理想值接近。CIGS是直接带隙半导体,其禁带宽度满足式(1)式(1)中:A为常数;Eg为禁带宽度;h为普朗克常数;ν为入射光频率;a为吸收系数。作(ahν)2-hν关系曲线,用外推法求出薄膜的禁带宽度,如图5所示。从图5可以看出,薄膜的禁带宽度随着溅射时间的增大而增大,达到1.224eV。说明完整的晶体结构有利于禁带宽度提高。

3结论

采用一步磁控溅射法在玻璃衬底上可制备黄铜矿结构的CIGS薄膜。当溅射时间为30、60、90、120min时,随着时间的增加,薄膜的结晶程度提高,厚度和颗粒增大;可见光的吸收系数提高,120min时为0.8×105cm-1;禁带宽度增大,最大值为1.224eV;电阻率减小,最小值为1.02Ω•cm。有利于CIGS薄膜太阳电池性能的提高。

作者:李刚刘贵山李好娜冯同胡志强郝洪顺单位:大连工业大学新能源材料研究所

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