丝网印刷工艺制备铜铟镓硒(CIGS)薄膜

中国科学技术大学硕士学位论文铜铟硒材料及薄膜的制备姓名：陈代高申请学位级别：硕士专业：凝聚态物理指导教师：王德亮2011-05摘要太阳能是一种可再生的清洁能源，在人类世界面临严重能源危机的情况下，对太阳能电池的研究意义重大。

在低成本的第二代太阳能电池中，铜铟镓硒 (CIGS) 薄膜太阳能电池的理论转化效率高达30 %，而且稳定性良好，引起了人们极大的研究兴趣，目前CIGS薄膜太阳能电池的实验室最高效率已达19.9 %。

为了用硒化法制备高质量的黄铜矿相铜铟镓硒或铜铟硒薄膜，需要充分了解这种方法制备薄膜再结晶的原理与过程。

为此，我们从以下两种实验中，探讨了生成CuInSe2的再结晶过程：(1) 蒸发制备了InSe/Cu叠层预制膜，然后在石墨盒中以Se单质为源硒化预制膜制得CuInSe2薄膜。

通过分析预制膜在不同温度条件下Se化后薄膜中的物相演变，得到了黄铜矿相CuInSe2的生成机制。

但制备的CuInSe2薄膜是双层结构，而且在双层CuInSe2之间还有一层CuIn3Se5或富In 的CuInSe2夹层。

我们采用了三种途径来消除夹层和双层CuInSe2结构，分别为：一，先溴甲醇后KCN蚀刻，来消除夹层和上层CuInSe2；二，同时放入In2Se3和Cu源蒸镀预制膜，来消除开腔体放Cu源时空气或其他气体附着在InSe上所产生的影响；三，增加Se化时的Se蒸气压，以保持 Se化过程中Cu-Se化合物为富Se相而促进CuInSe2的结晶。

第三种方法浪费原料相对较少，并且消除了夹层和双层结构。

(2) 我们用机械合金制备的In2Se3-Cu2Se混合粉末为原材料制备了黄铜矿相CuInSe2。

机械合金过程中生成了非晶态的混合粉末，包括(Cu2Se)x(In2Se3)1-x、Cu3Se2、CuSe和InSe等物相。

无论是在无硒环境还是有硒环境中热处理，黄铜矿相CuInSe2的生成初始温度约350 ℃。

在无硒环境中，热处理发生的反应为固相-固相反应，由于Se从粉末中蒸发而流失，导致生成的黄铜矿相CuInSe2为缺Se的CuInSe2，而且晶粒尺寸较小、黄铜矿相晶体结构较差。

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cigs工艺流程CIGS（铜铟镓硒）是一种薄膜太阳能电池技术，具有高能量转换效率和较低的制造成本。

下面将介绍CIGS薄膜太阳能电池的工艺流程。

首先，制备CIGS薄膜太阳能电池的基板。

常用的基板材料包括玻璃或不锈钢。

玻璃基板经过清洗和处理，以提高其表面的粗糙度和附着性。

不锈钢基板则需要抛光和处理，以消除杂质和缺陷。

接下来，制备CIGS吸光层。

首先，制备CIGS前驱液。

这需要将铜、铟和镓等金属混合在一起，并加入有机试剂和溶剂。

然后，将基板浸入CIGS前驱液中，使其吸附在基板上。

再经过烘干和退火等步骤，使得前驱液中的金属形成一个连续的CIGS吸光层。

然后，制备CIGS薄膜太阳能电池的缓冲层。

缓冲层常用的材料是二硫化钼（MoS2）或碲化镉（CdTe）。

这些材料可以提高电池的电子传导性和电荷分离效率。

将缓冲层材料通过物理或化学方法沉积在CIGS吸光层上。

接下来，制备CIGS薄膜太阳能电池的透明导电层。

透明导电层通常采用氧化锌（ZnO）或二氧化钛（TiO2）等材料。

这些材料具有良好的光透过性和电导性能。

透明导电层通常通过物理或化学方法在缓冲层上沉积。

然后，制备CIGS薄膜太阳能电池的反射层。

反射层的作用是反射光线，提高光吸收效率。

常用的反射层材料包括铝（Al）或银（Ag）。

通过物理或化学方法在透明导电层上沉积反射层。

最后，制备CIGS薄膜太阳能电池的金属电极。

金属电极常用的材料是铝（Al）或钼（Mo）。

通过物理或化学方法将金属电极沉积在反射层上。

完成以上步骤后，CIGS薄膜太阳能电池的制备工艺就基本完成了。

最后，需要对太阳能电池进行测试和调试，以确保其性能符合要求。

总的来说，CIGS薄膜太阳能电池的制备工艺包括制备基板、制备CIGS吸光层、制备缓冲层、制备透明导电层、制备反射层和制备金属电极。

这些步骤需要通过物理或化学方法进行材料的沉积和处理，以及烘干和退火等工艺步骤。

通过这些步骤和工艺，可以制备出高效、低成本的CIGS薄膜太阳能电池。

铜铟镓硒薄膜太阳电池吸收层制备方法及性能分析制备高质量的铜铟镓硒（CIGS）吸收层是实现CIGS薄膜太阳电池高光电转换效率的关键，正因为如此，对吸收层进行深入研究是非常有必要的。

为此文章在介绍CIGS薄膜太阳电池吸收层制备方法的基础上，对影响吸收层性能的因素进行了分析。

标签：铜铟镓硒；薄膜太阳电池；吸收层在众多的薄膜太阳电池中，CIGS薄膜太阳电池被认为是最有发展前途的一种。

CIGS薄膜太阳电池相比传统非晶硅基薄膜太阳电池，性能更加稳定，组件寿命可达25年。

更加需要指出的是，CIGS薄膜太阳电池有着高的理论转换效率、制备成本低、抗辐照能力强。

近十年间，已经成为广大科研工作者研究的热点。

1 CIGS薄膜太阳电池吸收层的制备方法CIGS薄膜太阳电池吸收层的制备方法可笼统的分为真空法与非真空法。

真空方法主要包括了共蒸发、溅射后硒化法、反应溅射法和化学气相沉积法等。

采用真空法制备CIGS薄膜的均匀性较好，光电转换效率较高，但是材料的利用率较低，生产成本高，这使得真空法制备CGIS薄膜在产业化进程上存在一定的局限性。

非真空法主要包括有电化学沉积法与墨水涂镀法，将墨水涂镀法进一步划分还包括有旋涂法、喷涂热解法、刮刀涂布法和丝网印刷法等。

由于非真空法能够在常压下进行，对材料的利用率很高，降低了CGIS薄膜太阳能电池的成本，因此采用非真空法制备CIGS吸收层受关注度很高。

1.1 共蒸发法共蒸发法即是通过镀膜的方法，使四种元素铜、铟、镓、硒在高真空条件下反应，沉积在衬底上的方法。

该方法是由美国Boeing公司发展起来的，通过该方法制备的薄膜材料具有良好的晶体结构，并且能够在蒸发过程中对各个元素的比例进行调节，尤其是镓元素在吸收层纵向分布的调节，能够更加容易实现禁带宽度梯度，这是实现CIGS薄膜太阳电池高光电转换效率的一个关键。

基于该方法制得的小面积薄膜具有较好的质量，但该方法工艺参数的调整较为复杂，需要对各元素的蒸发量与蒸发速率进行精准的控制；而大面积成膜则存在成分不均匀的现象。

铜铟镓硒太阳能电池材料的制备与性能研究随着人们对可再生能源的需求逐渐增加，太阳能作为一种清洁、可再生的能源得到了广泛关注。

铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池因其光电转换效率高、生产成本低等优势逐渐成为研究的热点。

本文将就CIGS太阳能电池材料的制备以及相关性能研究进行探讨。

**1. 制备过程**CIGS太阳能电池的制备通常通过薄膜沉积工艺实现。

一种常见的方法是使用真空蒸发工艺，将铜、铟、镓、硒等多种材料依次蒸发到基底材料上，形成CIGS薄膜。

在薄膜形成后，进行热处理以形成结晶结构并提高其光电特性。

此外，还可以采用溶液法、喷雾法等制备CIGS薄膜，这些方法在提高生产效率和降低制备成本方面具有潜在优势。

**2. 结构与组成**CIGS薄膜通常为多层结构，包括玻璃基底、导电氧化物薄膜、CIGS吸收层、缓冲层和金属载流子层等。

其中，CIGS吸收层是整个太阳能电池的关键部分，其元素配比和结晶质量直接影响电池的性能表现。

**3. 光电性能**CIGS太阳能电池具有良好的光电转换效率，这得益于其近理想的光吸收特性和长寿命的载流子。

通过调节CIGS薄膜的晶格缺陷及优化界面特性，可以改善其光电性能。

此外，研究人员还在探索提高CIGS太阳能电池的稳定性和可靠性，以满足实际应用的需求。

**4. 可持续性发展**CIGS太阳能电池材料的制备及性能研究不仅关乎能源产业的发展，还涉及到环境保护和可持续发展。

相比于传统化石能源，太阳能电池产生的环境影响更小，而CIGS太阳能电池具有更高的能源利用效率，未来有望成为清洁能源的重要组成部分。

**5. 结语**随着能源行业的发展和技术的进步，CIGS太阳能电池材料的制备与性能研究将继续得到更深入的探索和改进。

我们对此持乐观态度，相信CIGS太阳能电池将在未来的能源领域发挥重要作用，为人类社会的可持续发展贡献力量。

cigs薄膜沉积过程CIGS薄膜沉积过程引言：CIGS薄膜沉积是一种常用的太阳能电池制备方法，它采用了铜铟镓硒化物（Copper Indium Gallium Selenide）作为光敏材料。

CIGS太阳能电池因其高效率和较低的制造成本而备受关注。

本文将详细介绍CIGS薄膜沉积的过程，包括前驱体溶液的制备、薄膜沉积方法以及后续的退火处理。

一、前驱体溶液的制备CIGS薄膜的制备首先需要制备好前驱体溶液。

前驱体溶液是由金属硒化物前驱体（如CuSe、InSe、GaSe）及其溶剂组成的混合物。

通常采用真空滴定法来制备前驱体溶液。

具体步骤如下：1. 将金属硒化物前驱体固体与适当溶剂混合；2. 在搅拌条件下，将前驱体固体溶解于溶剂中；3. 通过滴定法逐滴向溶液中加入金属硒化物前驱体溶液，直至达到所需浓度。

二、薄膜沉积方法CIGS薄膜的沉积方法有多种，包括物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）、溶液法等。

其中，溶液法是最常用的制备CIGS薄膜的方法。

以下将重点介绍溶液法的沉积过程：1. 首先，将前驱体溶液通过旋涂法涂覆在透明导电玻璃基底上；2. 然后，将涂覆有前驱体溶液的基底放入热板上进行烘烤，以去除溶剂和有机物；3. 接下来，将烘烤后的样品置于炉中进行高温热处理，以使前驱体转化为CIGS薄膜；4. 在热处理过程中，金属硒化物前驱体中的金属元素与硒发生反应，形成CIGS晶体结构。

三、后续的退火处理CIGS薄膜沉积后，常需要进行退火处理以提高其结晶度和电学性能。

退火处理的步骤如下：1. 将沉积好的CIGS薄膜置于高温炉中，通入氮气或氢气等保护气体；2. 快速加热至退火温度，保持一段时间，使薄膜结构得到优化；3. 缓慢冷却至室温，保持退火气氛直至完全冷却。

结论：CIGS薄膜沉积过程包括前驱体溶液的制备、薄膜沉积方法以及后续的退火处理。

前驱体溶液的制备是制备CIGS薄膜的第一步，通过真空滴定法可以得到所需浓度的前驱体溶液。

cigs 工艺流程CIGS（Cu(In,Ga)Se2）是一种用于制造太阳能电池的材料。

它是一种氧化物薄膜太阳能电池，由铜、铟、镓和硒元素组成。

CIGS工艺流程涉及多个步骤，包括前处理、沉积、后处理和装配。

首先是前处理阶段。

在这个阶段，玻璃基板将被清洗并涂覆导电氧化物层，通常是氧化锌。

这个导电层有助于电流的传输，并提供支撑结构。

接下来，浸渍金属硒盐溶液，使其在导电层上形成一层硒化物。

这是接下来制造CIGS薄膜的基础。

接下来是沉积阶段。

在这个阶段，铜、铟、镓和硒元素将被沉积在导电层上，形成CIGS薄膜。

通常，这是通过蒸发沉积技术实现的。

这意味着这些元素将在高真空环境中蒸发并沉积在导电层上。

这种沉积过程非常精确，需要仔细控制蒸发速率和温度。

沉积完CIGS薄膜后，需要进行后处理。

在后处理中，薄膜将被加热至较高温度，通常在450到550摄氏度之间。

这个步骤有两个主要目的。

首先，它有助于提高薄膜的结晶性。

这意味着CIGS晶体将变得更有序，结构更稳定，从而提高太阳能电池的效率。

其次，这个步骤有助于调整CIGS薄膜的元素组成，确保所需化学组分的准确性。

最后，装配阶段将CIGS薄膜转化为太阳能电池。

在这个阶段，薄膜将被覆盖上透明导电层，通常是氧化铟锡（ITO）。

这个导电层有利于收集光电子，并将其引导到外部电路。

然后，在薄膜上添加金属与CIGS薄膜之间形成良好的电气接触。

最后，将光束辐照到太阳能电池上，并通过连接到外部电路中，以产生电流。

总结来说，CIGS工艺流程包括前处理、沉积、后处理和装配四个步骤。

每个步骤都非常关键，需要严格控制温度、蒸发速率和化学组分，以确保太阳能电池的性能。

尽管这个工艺流程非常复杂，但由于其高效率和低成本，CIGS太阳能电池已成为可持续能源领域的重要技术之一。