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溅射后硒化法制备的CIGS薄膜中Ga元素扩散研究

毛启楠 张晓勇 李学耕 贺劲鑫 于平荣 王东

溅射后硒化法制备的CIGS薄膜中Ga元素扩散研究

毛启楠, 张晓勇, 李学耕, 贺劲鑫, 于平荣, 王东
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  • 溅射后硒化制备Cu(In,Ga)Se2吸收层工艺过程中,Ga元素在吸收层底部富集现象是较为普遍的. 本文从预制层工艺和硒化工艺两个方面研究了Ga 元素在Cu(In,Ga)Se2吸收层中扩散的影响因素. 结果表明,预制层中的Cu/(In+Ga)和硒化温度对Ga元素扩散的影响较为显著,而预制层中的Ga/(In+Ga)对Ga元素扩散的影响较小,Ga元素的扩散系数制约了其在Cu(In,Ga)Se2吸收层表面的含量. 通过工艺优化提高吸收层表面的Ga含量,制备获得了光电转换效率为12.42%的Cu(In,Ga)Se2薄膜太阳能电池.
    • 基金项目: 国家高技术研究发展计划(批准号:2012AA050702,2013AA050904)、国家重大科学研究计划(批准号:2011CB933300,2013CB934004)、国家自然科学基金(批准号:21371016)和国家科技支撑计划(批准号:2011BAK16B01)资助的课题.
    [1]

    Chirila A, Reinhard P, Pianezzi F, Bloesch P, Uhl A R, Fella C, Kranz L, Keller D, Gretener C, Hagendorfer H, Jaeger D, Erni R, Nishiwaki S, Buecheler S, Tiwari A N 2013 Nat. Mater. 12 1107

    [2]

    Powalla M, Jackson P, Witte W, Hariskos D, Paetel S, Tschamber C, Wischmann W 2013 Sol. Energy Mater. Sol. Cells 119 51

    [3]

    Komaki H, Furue S, Yamada A, Ishizuka S, Shibata H, Matsubara K, Niki S 2012 Prog. Photovoltaics 20 595

    [4]

    Liu F F, Sun Y, He Q 2014 Acta Phys. Sin. 63 047201 (in Chinese) [刘芳芳, 孙云, 何青 2014 物理学报 63 047201]

    [5]

    Chen D S, Yang J, Xu F, Zhou P H, Du H W, Shi J W, Yu Z S, Zhang Y H, Bartholomeusz B, Ma Z Q 2013 Chin. Phys. B 22 018801

    [6]

    Niki S, Contreras M, Repins I, Powalla M, Kushiya K, Ishizuka S, Matsubara K 2010 Prog. Photovoltaics 18 453

    [7]

    Cahen D, Noufi R 1992 J. Phys. Chem. Solids 53 991

    [8]

    Purwins M, Weber A, Berwian P, Mller G, Hergert F, Jost S, Hock R 2006 J. Cryst. Growth 287 408

    [9]

    Pan H P, Bo L K, Huang T W, Zhang Y, Yu T, Yao S D 2012 Acta Phys. Sin. 61 228801 (in Chinese) [潘惠平, 薄连坤, 黄太武, 张毅, 于涛, 姚淑德 2012 物理学报 61 228801]

    [10]

    Liang H F, Avachat U, Liu W, van Duren J, Le M 2012 Solid-State Electron. 76 95

    [11]

    Hsu H R, Hsu S C, Liu Y S 2012 Sol. Energy 86 48

    [12]

    Kim W K, Hanket G M, Shafarman W N 2011 Sol. Energy Mater. Sol. Cells 95 235

    [13]

    Lin Y C, Yen W T, Chen Y L, Wang L Q, Jih F W 2011 Physica B 406 824

    [14]

    Chanatana J, Murata M, Higuchi T, Watanabe T, Teraji S, Kawamura K, Minemoto T 2013 J. Appl. Phys. 114 084501

    [15]

    Schroeder D, Berry G, Rockett A 1996 Appl. Phys. Lett. 69 4068

    [16]

    Huang J H 1996 Diffusion in Metals and Alloys (Beijing: Metallurgical Industry Press) p50 (in Chinese) [黄继华 1996 金属及合金中的扩散(北京:冶金工业出版社)第50页]

    [17]

    Han A J, Sun Y, Li Z G, Li B Y, He J J, Zhang Y, Liu W 2013 Acta Phys. Sin. 62 048401 (in Chinese) [韩安军, 孙云, 李志国, 李博研, 何静靖, 张毅, 刘玮 2013 物理学报 62 048401]

  • [1]

    Chirila A, Reinhard P, Pianezzi F, Bloesch P, Uhl A R, Fella C, Kranz L, Keller D, Gretener C, Hagendorfer H, Jaeger D, Erni R, Nishiwaki S, Buecheler S, Tiwari A N 2013 Nat. Mater. 12 1107

    [2]

    Powalla M, Jackson P, Witte W, Hariskos D, Paetel S, Tschamber C, Wischmann W 2013 Sol. Energy Mater. Sol. Cells 119 51

    [3]

    Komaki H, Furue S, Yamada A, Ishizuka S, Shibata H, Matsubara K, Niki S 2012 Prog. Photovoltaics 20 595

    [4]

    Liu F F, Sun Y, He Q 2014 Acta Phys. Sin. 63 047201 (in Chinese) [刘芳芳, 孙云, 何青 2014 物理学报 63 047201]

    [5]

    Chen D S, Yang J, Xu F, Zhou P H, Du H W, Shi J W, Yu Z S, Zhang Y H, Bartholomeusz B, Ma Z Q 2013 Chin. Phys. B 22 018801

    [6]

    Niki S, Contreras M, Repins I, Powalla M, Kushiya K, Ishizuka S, Matsubara K 2010 Prog. Photovoltaics 18 453

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    Cahen D, Noufi R 1992 J. Phys. Chem. Solids 53 991

    [8]

    Purwins M, Weber A, Berwian P, Mller G, Hergert F, Jost S, Hock R 2006 J. Cryst. Growth 287 408

    [9]

    Pan H P, Bo L K, Huang T W, Zhang Y, Yu T, Yao S D 2012 Acta Phys. Sin. 61 228801 (in Chinese) [潘惠平, 薄连坤, 黄太武, 张毅, 于涛, 姚淑德 2012 物理学报 61 228801]

    [10]

    Liang H F, Avachat U, Liu W, van Duren J, Le M 2012 Solid-State Electron. 76 95

    [11]

    Hsu H R, Hsu S C, Liu Y S 2012 Sol. Energy 86 48

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    Kim W K, Hanket G M, Shafarman W N 2011 Sol. Energy Mater. Sol. Cells 95 235

    [13]

    Lin Y C, Yen W T, Chen Y L, Wang L Q, Jih F W 2011 Physica B 406 824

    [14]

    Chanatana J, Murata M, Higuchi T, Watanabe T, Teraji S, Kawamura K, Minemoto T 2013 J. Appl. Phys. 114 084501

    [15]

    Schroeder D, Berry G, Rockett A 1996 Appl. Phys. Lett. 69 4068

    [16]

    Huang J H 1996 Diffusion in Metals and Alloys (Beijing: Metallurgical Industry Press) p50 (in Chinese) [黄继华 1996 金属及合金中的扩散(北京:冶金工业出版社)第50页]

    [17]

    Han A J, Sun Y, Li Z G, Li B Y, He J J, Zhang Y, Liu W 2013 Acta Phys. Sin. 62 048401 (in Chinese) [韩安军, 孙云, 李志国, 李博研, 何静靖, 张毅, 刘玮 2013 物理学报 62 048401]

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出版历程
  • 收稿日期:  2014-01-27
  • 修回日期:  2014-02-25
  • 刊出日期:  2014-06-05

溅射后硒化法制备的CIGS薄膜中Ga元素扩散研究

  • 1. 北京大学工学院, 北京 100871;
  • 2. 普尼太阳能(杭州)有限公司, 杭州 310051
    基金项目: 

    国家高技术研究发展计划(批准号:2012AA050702,2013AA050904)、国家重大科学研究计划(批准号:2011CB933300,2013CB934004)、国家自然科学基金(批准号:21371016)和国家科技支撑计划(批准号:2011BAK16B01)资助的课题.

摘要: 溅射后硒化制备Cu(In,Ga)Se2吸收层工艺过程中,Ga元素在吸收层底部富集现象是较为普遍的. 本文从预制层工艺和硒化工艺两个方面研究了Ga 元素在Cu(In,Ga)Se2吸收层中扩散的影响因素. 结果表明,预制层中的Cu/(In+Ga)和硒化温度对Ga元素扩散的影响较为显著,而预制层中的Ga/(In+Ga)对Ga元素扩散的影响较小,Ga元素的扩散系数制约了其在Cu(In,Ga)Se2吸收层表面的含量. 通过工艺优化提高吸收层表面的Ga含量,制备获得了光电转换效率为12.42%的Cu(In,Ga)Se2薄膜太阳能电池.

English Abstract

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