下载文档原格式
传感器与微系统（Transducer and Microsystem Technologies）2011年第30卷第4期CIGS太阳能电池中薄膜材料电阻率的研究钱群，张丛春，杨春生，丁桂甫（上海交通大学微纳科学技术研究院微米/纳米加工技术国家重点实验室，薄膜与微细技术教育部重点实验室，上海200240）摘要：研究了减小CIGS太阳能电池中Mo，CIGS，n-ZnO三层薄膜电阻率的溅射工艺方法，以达到减小电池串联电阻的目的。
改变工艺参数制备不同样品并对其进行测试分析，得到了溅射气压、衬底温度、退火工艺对电阻率和薄膜微观形貌的影响。
证明了采用双层溅射法制备的Mo、低气压、衬底加热、溅射后退火得到的CIGS以及3 5Pa下制备的n-ZnO都有较好的薄膜质量和较低的电阻率。
关键词：太阳能电池；CIGS；溅射；电阻率中图分类号：O472文献标识码：A文章编号：1000—9787（2011）04—0022—03Study on electric resistivity of thin film materials forGIGS solar cellQIAN Qun，ZHANG Cong-chun，YANG Chun-sheng，DING Gui-fu（National Key Laboratory of Micro/Nano Fabrication Technology，Key Laboratory for Thin Film and Microfabrication Technology of Ministry of Education，Research Institute of Micro/Nano Science and Technology，Shanghai Jiao Tong University，Shanghai200240，China）Abstract：In order to reduce electric resistivity of three-layer thin film materials and finally reduce series resistance of CIGS solar cell，improvements of sputtering technics for Mo，CIGS and n-ZnO have been investigated．Different samples are prepared at different fabricating conditions．The influences of sputtering air pressure，substrate temperature and anneal technique on electric resistivity and microstructure are given by analyzing test results．It has been testified that Mo gained by double-layer sputtering，CIGS gained at low sputtering air pressurewith substrate heated and then annealed，n-ZnO gained when sputtering pressure is around3 5Pa have relatively better quality and lower electric resistivity．Key words：solar cell；CuIn（1-x）GaxSe2（CIGS）；sputtering；electric resistivity0引言太阳能是最重要的可再生能源，只要在全球0．1%的面积铺上具有10%转换效率的太阳能电池，就能够满足全球的能量供应［1］，由于能源危机和环境污染，近年来，光伏产品更是得到了高速发展。
汉能CIGS太阳能实验室薄膜电池转换效率提高致20.5%汉能公布，Solibro之1.0平方厘米面积CIGS薄膜太阳能实验室电池已达致20.5%转换效率，较去年12月中发布的19.6%再进一步。
而有关成果已由国家可再生能源实验室(NREL)测试及认证，其为美国主要的可再生能源及能源效益研发实验室。
公布更引述最新刊发的期刊《ProgressinPhotovoltaics:ResearchandApplications》，当中提出的CIGS太阳能实验室电池经确认最高之转换效率为19.8%。
公司指，转换效率得以进一步提升，显示其商业潜力。
集团将继续研究及开发，於转换效率领域上领导业界。
文案编辑词条B 添加义项?文案，原指放书的桌子，后来指在桌子上写字的人。
现在指的是公司或企业中从事文字工作的职位，就是以文字来表现已经制定的创意策略。
文案它不同于设计师用画面或其他手段的表现手法，它是一个与广告创意先后相继的表现的过程、发展的过程、深化的过程，多存在于广告公司，企业宣传，新闻策划等。
基本信息中文名称文案外文名称Copy目录1发展历程2主要工作3分类构成4基本要求5工作范围6文案写法7实际应用折叠编辑本段发展历程汉字"文案"(wén àn)是指古代官衙中掌管档案、负责起草文书的幕友,亦指官署中的公文、书信等;在现代，文案的称呼主要用在商业领域，其意义与中国古代所说的文案是有区别的。
在中国古代，文案亦作" 文按"。
公文案卷。
《北堂书钞》卷六八引《汉杂事》:"先是公府掾多不视事，但以文案为务。
"《晋书·桓温传》:"机务不可停废，常行文按宜为限日。
" 唐戴叔伦《答崔载华》诗:"文案日成堆，愁眉拽不开。
"《资治通鉴·晋孝武帝太元十四年》:"诸曹皆得良吏以掌文按。
"《花月痕》第五一回:" 荷生觉得自己是替他掌文案。
铜铟镓硒薄膜太阳能电池研究一、本文概述随着全球能源需求的日益增长，传统能源资源的枯竭和环境问题的日益严重，寻找清洁、可再生的能源已成为人类社会发展的迫切需求。
太阳能作为一种无限、无污染的可再生能源，越来越受到人们的关注。
铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池作为一种高效、低成本的太阳能电池技术，在近年来得到了广泛的研究和应用。
本文旨在全面深入地探讨铜铟镓硒薄膜太阳能电池的研究现状、发展趋势以及面临的挑战，以期为相关领域的研究者和技术人员提供有益的参考和启示。
本文将对铜铟镓硒薄膜太阳能电池的基本原理和性能特点进行详细介绍，以便读者对其有一个清晰的认识。
然后，本文将重点分析铜铟镓硒薄膜太阳能电池的研究进展，包括材料制备、结构设计、性能优化等方面，以及目前面临的主要问题和挑战。
在此基础上，本文将探讨铜铟镓硒薄膜太阳能电池的未来发展趋势，包括新型材料、新工艺、新技术等方面的研究和应用前景。
本文还将对铜铟镓硒薄膜太阳能电池在可再生能源领域的应用价值和前景进行展望，以期为推动该领域的发展提供有益的参考。
二、铜铟镓硒薄膜太阳能电池的基本原理与结构铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池是一种基于多元金属硫化物吸收层的光伏器件，具有高效、低成本和环境友好等特点。
CIGS太阳能电池的基本原理是光电效应，即太阳光照射到电池表面时，光子被吸收层中的金属硫化物吸收并激发出电子-空穴对，这些载流子在电池内部电场的作用下分离并收集，从而产生光生电流。
透明导电层：通常采用氟掺杂氧化锡（FTO）或铟锡氧化物（ITO）等透明导电材料，用于收集光生电子并传输到外电路。
CIGS吸收层：是电池的核心部分，由铜、铟、镓和硒等元素组成的多元金属硫化物，具有较宽的吸收光谱和较高的光电转换效率。
缓冲层：位于CIGS吸收层与透明导电层之间，通常采用硫化镉（CdS）或硫化锌（ZnS）等材料，用于减少界面复合和提高电池性能。
金属背电极：通常采用铝（Al）或银（Ag）等金属材料，用于收集光生空穴并传输到外电路。
CIGS薄膜太阳能电池的研究及制备摘要：CuIn1-xGaxSe2（CIGS）薄膜太阳能电池以其效率高、稳定性强、耐辐射、耗材少等众多优点成为近些年太阳能电池领域的研究热点。
这种电池的性能主要由吸收层 CIGS薄膜的质量决定，目前其主要制备方法有：共蒸发法、金属预置层后硒化法、电沉积法和喷雾高温分解法等，然而由于 CIGS 薄膜结构复杂，结晶成膜要求条件较高，以共蒸发法和金属预制层后硒化法为主的制备方法还存在着各种各样的问题，阻碍了其产业化的进程。
本文利用磁控溅射方法制备了 CIGS 薄膜太阳能电池各层薄膜，研究了溅射的工艺参数以及退火温度对薄膜结构和各种性能的影响。
关键词：CIGS薄膜太阳能电池,磁控溅射,合金靶,固态硒源,硒化1 引言能源和环境是二十一世纪面临的两个重大问题，据估纠¨，以现在的能源消耗速度，可开采的石油资源将在几十年后耗尽，煤炭资源也只能供应人类使用约200年。
随着全球经济的发展，尤其是中国、印度等新兴国家经济的快速增长，整个世界正在以前所未有的速度消耗自然资源，这也是世界原油、煤炭价格飙升的一种基本因素。
2004年，世界一次能源消费构成中煤炭占27．2％、石油占36．8％、天然气23．7％、水电占6．2％、核电占6．1％；同期中国一次能源消费成中煤炭占69．0％、石油占22．3％、天然气占2．5％、水电占5．4％和核电占O．82％。
随着一次性能源走向枯竭；未来人类将无可选择地依赖太阳能、风能、核能等清洁能源；尤其是取之不尽的太阳能。
正因为如此，即便在成本高企的现状下世界各国政府依然未雨绸缪，在政策上给予大力的支持，推动光伏产业的高速发展。
因此，太阳能光伏发电成为了世界上各种能源中发展最快的能源之一，世界光伏产业在上世纪80年代至90年代中期，年平均年增长率为15％左右。
90年代后期，世界市场出现了供不应求的局面，发展更加迅速。
1997年世界太阳电池光伏组件生产达122MW(太阳能电池的峰值功率，通常可用Wp表示)，比1996年增长了38％，是4年前的2倍，是7年前的3倍，超过集成电路工业。
CIGS薄膜太阳电池的制备及性能研究的开题报告题目：CIGS薄膜太阳电池的制备及性能研究研究背景与意义：CIGS (Cu(In,Ga)Se2) 太阳电池作为一种高效、稳定、可持续的能源转换装置，近年来受到了广泛的研究和关注。
相比于传统的硅基太阳电池，CIGS太阳电池具有更高的光电转换效率、更高的光伏电压和更长的使用寿命。
此外，CIGS太阳电池的薄膜性质使其可以在比较小的面积上进行能量转化，从而可大大降低生产成本和减少对资源的消耗。
因此，研究CIGS薄膜太阳电池制备及其性能的关键技术和方法，有助于推广和应用太阳电池技术，以满足能源需求的可持续发展。
研究内容：本研究主要围绕CIGS薄膜太阳电池的制备及其性能进行研究，具体研究内容包括：1. 制备CIGS薄膜太阳电池的各种材料和设备的选择和优化，包括可成膜的电极、CIGS各组分的配比优化等。
2. 研究不同制备工艺对CIGS薄膜太阳电池性能的影响，包括物质沉积方法、退火温度、退火时间等。
3. 测试和分析CIGS薄膜太阳电池的基本性能参数，如开路电压、短路电流、填充因子和转换效率等。
4. 对CIGS薄膜太阳电池的构型、晶体结构和表面形貌等进行表征和分析，以获得更深入的认识。
研究方法：本研究主要采用以下方法：1. CIGS薄膜太阳电池的制备工艺研究，包括物质沉积、退火、电极制备等步骤。
通过不同的实验参数和条件进行探究，并对其进行测试和分析。
2. 太阳电池性能测试研究，包括IV曲线的测量和分析，以及转换效率和填充因子的计算。
3. 材料表征和分析，使用XRD、SEM、TEM等技术对CIGS薄膜太阳电池的晶体结构、构型和表面形貌进行研究和分析。
预期成果和意义：通过本研究，将制备出一批高性能的CIGS薄膜太阳电池，并对其基本性能参数进行测试和分析，同时，对其构型、晶体结构和表面形貌等进行表征和分析，以深入了解其制备过程及性能特征。
这些成果将在新能源领域具有重要的科学和工程价值，带来可持续的能源转换和应用潜力。
传感器与微系统（Transducer and Microsystem Technologies）2011年第30卷第4期CIGS太阳能电池中薄膜材料电阻率的研究钱群，张丛春，杨春生，丁桂甫（上海交通大学微纳科学技术研究院微米/纳米加工技术国家重点实验室，薄膜与微细技术教育部重点实验室，上海200240）摘要：研究了减小CIGS太阳能电池中Mo，CIGS，n-ZnO三层薄膜电阻率的溅射工艺方法，以达到减小电池串联电阻的目的。
改变工艺参数制备不同样品并对其进行测试分析，得到了溅射气压、衬底温度、退火工艺对电阻率和薄膜微观形貌的影响。
证明了采用双层溅射法制备的Mo、低气压、衬底加热、溅射后退火得到的CIGS以及3 5Pa下制备的n-ZnO都有较好的薄膜质量和较低的电阻率。
关键词：太阳能电池；CIGS；溅射；电阻率中图分类号：O472文献标识码：A文章编号：1000—9787（2011）04—0022—03Study on electric resistivity of thin film materials forGIGS solar cellQIAN Qun，ZHANG Cong-chun，YANG Chun-sheng，DING Gui-fu（National Key Laboratory of Micro/Nano Fabrication Technology，Key Laboratory for Thin Film and Microfabrication Technology of Ministry of Education，Research Institute of Micro/Nano Science and Technology，Shanghai Jiao Tong University，Shanghai200240，China）Abstract：In order to reduce electric resistivity of three-layer thin film materials and finally reduce series resistance of CIGS solar cell，improvements of sputtering technics for Mo，CIGS and n-ZnO have been investigated．Different samples are prepared at different fabricating conditions．The influences of sputtering air pressure，substrate temperature and anneal technique on electric resistivity and microstructure are given by analyzing test results．It has been testified that Mo gained by double-layer sputtering，CIGS gained at low sputtering air pressurewith substrate heated and then annealed，n-ZnO gained when sputtering pressure is around3 5Pa have relatively better quality and lower electric resistivity．Key words：solar cell；CuIn（1-x）GaxSe2（CIGS）；sputtering；electric resistivity0引言太阳能是最重要的可再生能源，只要在全球0．1%的面积铺上具有10%转换效率的太阳能电池，就能够满足全球的能量供应［1］，由于能源危机和环境污染，近年来，光伏产品更是得到了高速发展。
单晶硅太阳能电池在现阶段得到了大规模应用，在工业生产中占主导地位，但由于其成本过高，限制了它的进一步发展［2］。
作为单晶硅电池的替代产品，薄膜太阳能电池得到了发展。
太阳能电池CIGS（CuIn（1-x）GaxSe2）是近年来发展最快的薄膜太阳能电池，它具有与可见光匹配好、光的吸收效率和转化效率高、抗辐射能力强、弱光性能出色等优点。
目前，小面积CIGS薄膜单体电池的最高转化效率为19．9%［3］，大面积集成组件效率已超过13%。
由于太阳能电池中的半导体材料、2个电极以及各处连接处电阻的存在，流经负载的电流经过时，必然引起损耗，因此，在等效电路中可将它们的总效果用一个串联电阻RS来表示。
光电流在串联电阻上的电压降使得p-n结处于正向偏置，由正向偏置所引起的暗电流抵消了部分光电流，且串联电阻越大暗电流越大，这会导致电池的短路电流减小，因此，应尽量减小串联电阻。
可见CIGS电池的串联电阻主要包括各层薄膜的自身电阻和电流由n-ZnO流入最靠近的上电极这个过程中产生的横向电阻这两部分。
后者可以通过优化上电极的图形化设计来减小，与材料自身的性质关系不大。
而电池中CdS 和i-ZnO两层材料很薄，且都为弱n型半导体，电阻率可调整范围较小，因此，薄膜自身电阻的降低主要通过降低背电收稿日期：2010—07—28 22第4期钱群，等：CIGS太阳能电池中薄膜材料电阻率的研究极Mo、吸收层CIGS和窗口层n-ZnO这3种材料的电阻率来实现。
实验通过射频磁控溅射工艺制备Mo，CIGS，n-ZnO3种薄膜，研究了工艺参数对其电阻率的影响，并通过优化工艺参数与工艺流程，实现降低薄膜电阻率从而降低电池串联电阻的目的。
1实验方法溅射衬底选择载玻片，为确保衬底的清洁，需对衬底进行清洗。
其过程为：首先，用沾湿的棉花蘸取纳米碳酸钙在基片上反复擦拭并用去离子水冲洗，以去除玻璃表面的油污和非结晶杂质，再将载玻片分别放入铁氰化钾玻璃洗液、重铬酸钾和浓硫酸的混合洗液中超声处理，去除玻璃表面的氧化物和有机物杂质，最后，用去离子水中超声处理并放入烘箱烘干。
溅射机选用Avelva公司的SPF—210H溅射机，靶材直径均为4in（1in=2．54cm），本底真空度为2ˑ10－4Pa，工作气体为高纯Ar（99．999%）。
对于均匀薄膜，其电阻率可以通过公式ρ=R S d计算得到，其中，R S为方块电阻，d为薄膜厚度。
薄膜厚度通过Dekdak6M表面轮廓仪测量，方块电阻通过采用Keithley公司的2400型数字源表和Agilent公司的34401A型数字万用表自行搭建的四探针测试设备测量，SEM通过Zeiss公司的ULTRA55型扫描电镜测得。
2实验结果与讨论2．1溅射气压对Mo电阻率的影响固定溅射功率为150W，选择多个气压点进行溅射并对膜厚进行测量，溅射20min后样品厚度都为1μm左右，可见气压对成膜速率无大影响。
但当溅射气压低于0．2Pa 后，整片薄膜出现龟裂纹并碎裂脱落，这是因为在高溅射气压下，薄膜内部为张应力，与衬底结合较好，而在低溅射气压下，薄膜内部为压应力，与衬底结合较差［4］。
溅射气压与电阻率关系见表1。
表1不同溅射气压下Mo薄膜电阻率Tab1Electric resistivity of Mo thin film gained at differentsputtering air pressure溅射气压（Pa）0．20．40．71234电阻率（ΜΩ·cm）9．711．021．628．860．688．1109．8可见样品电阻率随着溅射气压的升高而增大。
这是因为溅射出的靶材粒子在腔室运动时会不停的与Ar离子发生碰撞，低Ar气压时，粒子撞击次数较少，到达衬底表面时具有较高能量，有利于其表面扩散，薄膜致密且具有较好的晶格质量，从而降低晶粒间界散射并增加载流子寿命，因此迁移率和载流子浓度增加，电阻率减小。
高Ar气压时，到达衬底的靶材粒子能量降低，且由于多次碰撞，入射粒子运动速度水平分量的增加，使得其填入薄膜凹陷处的几率减小，有助于薄膜凸起处生长，使得颗粒呈柱状生长［5］，薄膜平坦性变差。
另外，Ar粒子掺入到薄膜的几率增加，使得电阻率增大。
从图1薄膜的SEM照片可以看出：在低溅射气压下得到的样品颗粒结合紧密，颗粒间隙不明显，薄膜更加致密，而高气压薄膜颗粒状更加明显，平坦性变差，这也与上面的分析相对应。
图1Mo薄膜SEM照片Fig1SEM photos of Mo thin film为了保证Mo与衬底有良好的结合力，采用双层溅射法制备Mo，即先在高气压下溅射薄膜厚度的10%，然后再在低气压下溅射薄膜厚度的90%，这样得到的薄膜既可以与衬底有良好的结合，也有着较低的电阻率。
在3Pa气压下溅射2min后将气压降至0．3Pa再溅射18min，得到的薄膜在后续工艺的热处理中没有出现龟裂脱落，电阻率也得到了有效降低，为12．5μΩ·cm。
2．2溅射参数与退火对CIGS电阻率的影响实验尝试改变衬底温度、溅射气压、样品是否退火这3种条件的组合来得到CIGS薄膜并对其电阻率进行测量。
溅射功率150W，溅射时间15min，在0．1，0．4，0．7Pa3种Ar气压薄膜厚度分别为1．30，1．25，1．20μm，衬底温度对膜厚基本无影响，退火为450ħ下的空气退火。
由于衬底为室温下得到的样品在退火后出现龟裂和部分剥落的现象，退火后电阻率比其他样品至少高2个数量级以上，且工艺重复性差，电阻率波动较大，因此没有列出，测得样品电阻率见表2。
表2不同工艺条件下CIGS薄膜电阻率Tab2Electric resistivity of CIGS thin film gained at differentfabricating conditions样品号衬底温度（ħ）溅射气压（Pa）退火与否电阻率（Ω·cm）1200．1否0．9922200．4否1．3783200．7否3．05341500．1否1．65451500．1是1．04761500．4否3．44571500．4是0．74281500．7否9．15891500．7是1．883102500．1否1．709112500．1是1．102122500．4否4．558132500．4是1．643142500．7否15．264152500．7是0．91632传感器与微系统第30卷由上表可以看出：随着溅射气压的增大，电阻率数值有所增长，这与Mo的情况相似。
而随着衬底温度的升高，电阻率也相应升高。
这可能是因为虽然衬底升温有利于晶粒生长，但可能会引入Cu x Se等杂相，也增加了玻璃衬底中Na扩散、在薄膜中形成NaInSe2的机率［6］，这些杂相会在晶界间形成缺陷，捕获载流子，使得电阻率上升。
