5.1 蒸镀法

蒸镀法分为单源蒸镀、双源蒸镀、三源蒸镀。溅射法分为射频溅射、反应溅射、磁控溅射。

目前能达到工业生产的只有蒸镀法和溅射法，蒸镀法是指在真空腔体内，把金属合金或金
属氧化物加热使其蒸发，在衬底表面沉积薄膜的一种物理沉积方法。用该法生产

CIS 太阳电

池主要缺点是薄膜的均匀性比较难控制，材料浪费严重，薄膜与衬底结合力不牢固，影响
使用寿命。

单源蒸发就是利用单一热源加热

CIS 合金，使之蒸发沉积到衬底上，获得 CIS 薄膜。

双源蒸发就是利用两个热源分别蒸发

CuSe 和 InSe 合金，然后在衬底上沉积获得单相薄膜。

三源蒸发即利用

3 个热源分别蒸发 Cu，In，Se，然后共沉积到衬底上。控制蒸发和沉积的

速率是获得预期组分的关键。三源蒸发方法在

Boeing 公司和美国可再生能源实验室(NREL)

得到实用，目前用这种技术所制造的太阳能电池光电转换效率最高。首先在衬底温度为

623

K 时沉积一层低阻的 Se 膜，然后在 723K 时成长一层高阻 Se 膜，每一层的厚度都为 2～
3μm，然后蒸发沉积 Cu，In。影响 CIS 和 CIGS 薄膜形貌和结构的主要因素是 Cu：In(或者
In+Ga)的配比，接近 l：1 的薄膜，硬度大，晶粒大，表面平整，与 Mo 有良好的附着性，
与

CdS 结合的结特性也较好。蒸镀法制备的薄膜组分与源物质成分、衬底温度、蒸发速率、以

及退火温度有关。

但是蒸镀法制备

CIS 薄膜工艺复杂，虽然可制备出高质量的 CIS 薄膜，但元素的化学

配比很难靠蒸发来精确控制，电池的良品率不高。另外，蒸发法原料的利用率低，对于贵金
属来说浪费大，成本较高。这也进一步限制了蒸镀法制备

CIS 和 CIGS 薄膜在工业上的应用。

目前只有德国的一家公司用此法进行中试生产。
5.2 溅射法

溅射过程为通过高能粒子的撞击而引起的靶粒子喷射。磁控溅射溅射出来的粒子除了

原子外，也可以是原子团。因此极适于生长熔点和蒸气压都不相同的元素所构成的化合物合
金以及大面积薄膜的沉积。

Cu，In 可由高能惰性离子轰击电极或阴极表面而使原子喷出，

溅射出的原子在衬底上沉积而形成薄膜。由于溅射原子与轰击离子数量成正比，这一过程可
精确地控制薄膜的沉积速率。

溅射方法在制备

CIS 薄膜上与蒸镀方法相比具有以下优点：可以比较可靠地调节各元

素的化学配比，薄膜的致密性高，原材料的利用率高，对不需要沉积薄膜的地方加以屏蔽，
可减少对真空室的污染。薄膜均匀性较好，有利于制造大面积

CIS 电池，是目前最有前景的

CIGS 薄膜制备方法。
5.3 分子束外延法

分子束外延是指在超高真空系统中用分子束或原子束技术进行外延沉积的方法。

White

等在单晶

CdS 基体上用分子束外延方法获得 CIS 薄膜。他们以 Cu、In 和 Se 3 种元素喷射，

利用液氮屏蔽板来分离分子束。

3 种元素的热源温度不同，以此控制他们的喷射速度。Cu 和

In 沉积速度的比率是控制化学计量比的关键。采用的制备条件源温分别为：Cu 为 1293～
1323 K；In 为 1123 K；Se 为 488～503 K；P 型薄膜。在 T 基体=573 K 时生长出 CIS，并合
成了转换效率为

5％的 CdS／CIS 太阳电池。在 AES 下测得最好的薄膜组分稍偏离化学计量

比。所有的薄膜表面都呈现出

Cu 不足的现象。虽然分子束方法精确地获得生长过程中的薄

膜表面结构、形貌、组分、深度轮廓和化学状态的信息，但是该技术蒸发速率缓慢，仪器设备
昂贵。
5.4 喷涂热解法

喷涂热解是一种非真空、低成本的制备技术，主要原理是将一种或者几种金属盐溶液

喷涂到加热的衬底表面，衬底温度大约在

600

℃。喷涂层被热解为氧化物薄膜，在衬底上形