两步法制备

CIGS 薄膜的工艺研究

摘要：本文主要研及究了

"预制层硒化法"制备铜铟镓硒(CIGS)薄膜的工艺。采用磁控溅射的

方式制备

In、Cu．Ga 金属预制层，然后进行硒化（450

℃）及退火处理(550℃)。SEM 结果

表明，在室温下溅射沉积

In 薄膜，并且采用 Mo／Cu．Ga／lrdCu．Ga／In 的叠层顺序，

可以获得平整致密的

CIGS 薄膜。XRD 和 SEM 测量显示。以单质硒作为硒源。在 450

℃的硒

化之后生成分离的

CIS 和 CGS 相，惰性氛围的高温退火可以使分离的 CIS 和 CGS 相互融

合，形成均一化的

CIGS 四元化合物。在此基础上，最终完成的 CIGS 电池光电转换效率为

7．5％。

　　关键词：预制层硒化法；铜铟镓硒；金属预制层；退火

　　

0 引言

　　铜铟镓硒

(CIGS)薄膜电池是近年来发展最快、最有前景的一类新型光伏电池。它具有以

下优势：

(1)高转换效率：目前实验室最高效率 19．9％。由美国国家可再生能源实验室

(NREL)研发．在薄膜电池中处于领先地位；(2)低成本潜力：材料消耗量低，可以通过工艺
改进降低一次性投入．有希望将成本降至

1$/W；(3)抗辐射、长寿命：户外测试验证效率不

衰减。适用于空间电池，如人造卫星、各种空间探测器等。铜铟硒

(CIS)是一种黄铜矿结构直

接带隙半导体材料．室温下其本征带宽只有

1．02eV．引入 Ga 替代部分 In 可以改善禁带

宽度．有利于提高开路电压。进而提高光电转换效率。

CIGS 对高于其带宽的光子具有很强的

吸收．吸收系数高达

105 cm-1。因此．CIGS 是薄膜太阳能电池主吸收层材料的最佳选择之

一。

　　目前。制备

CIGS 薄膜的方法主要有两种："三步共蒸法"(三步法)和"预制层硒化法(两步

法

)。三步法能够在小样片上制备出高效率的电池器件．但对控制的精确要求和丁艺的复杂

程度使其难以推广到大规模生产线。相比之下，先溅射金属预制层．再进行硒化处理的两步
法工艺更简单．容易向大面积推广。其中，金属预制层的成膜质量直接影响

CIGS 膜的性能。

通过优化其制备工艺．得到致密均匀的预制层薄膜是两步法工艺的关键。硒化过程通常要用
到硒化氢气体才能取得较好的结果。这种气体剧毒、昂贵，带来安全和成本等一系列问题，
因此寻找硒化氢的替代品作为硒化过程中的硒源、制备性能优异的

CIGS 薄膜一直是国内外

研究的热点和难点。本文一方面研究

In 的溅射条件和合金叠层方式．获取优质预制层薄膜．

另一方面采用单质硒丸代替硒化氢进行硒化．通过对薄膜形貌和晶相的分析优化两步法工
艺。

　　

1 实验部分

　　

1．1 溅射 In、Cu．Ga 金属预制层

　　本实验镀膜设备如图

1 所示．由溅射镀膜室(A)、合金退火室(B)、硒蒸镀室(C)、硒化热处