基于Ag掺杂的CIGS薄膜背梯度研究

【作者】 张运祥； 胡朝静； 程世清； 何志超； 刘芳芳； 周志强； 刘玮； 孙云；

【机构】 南开大学电子信息与工学工程学院光电子薄膜器件与技术研究所天津市光电子薄膜器件与技术重点实验室；

【摘要】 铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳电池具有效率高、弱光性能好、稳定不衰退等优点,是目前最具有前景的薄膜太阳电池之一。CIGS是一种四元化合物半导体,随着Ga/(In+Ga)比的不同,其带隙可以在1.04-1.67eV内连续可调。实验室中,使用三步蒸发法制备的CIGS薄膜,由于在沉积过程中,In和Ga的扩散系数不同,最终形成具有"V"型双梯度带隙,而背梯度会形成一个指向Mo背电极的内建电场。这个内建电场能够促进载流子的漂移运动,使载流子向低能运动,增加了载流子输运能力,进而增加了光电流,降低了载流子的复合,最终提高CIGS电池的转换效率。然而,实验室中,高温制备的CIGS薄膜的背梯度是相对比较缓的,并没有充分发挥背梯度的优势。此外,这个背梯度又不宜过陡,这是由于过陡的背梯度会带来大量的晶格缺陷,进而影响CIGS薄膜的器件性能。本文重点研究高温三步法背梯度对于CIGS太阳电池的影响,首先,采用wxAMPS软件研究背梯度对CIGS器件性能的影响,并结合理论分析提出一种适合高温沉积的新的背梯度结构。其次,基于理论分析模型,通过对背梯度进行少量的Ag的掺杂,改善CIGS的器件性能。同时,使用XRD、XRF、SEM、Rama等表征手段,发现:少量Ag掺杂到CIGS薄膜中,能够明显的提高CIGS薄膜质量,并在合理掺杂基础上,成功的将CIGS的短路电流密度(Jsc)提高了10%以上。更多还原