CIGSe表面富Ga层带隙结构模拟研究

【作者】 吕循岩； 庄大明； 赵明； 李昕晨； 任国铵； 王晨； 李羽娴；

【机构】 清华大学材料学院；

【摘要】 采用溅射CIGSe四元靶材与退火结合的制备方式制备CIGSe组件具有大面积均匀性的优点,并且成本相对低。然而陶瓷预制膜在硒化退火过程中,表面Ga易于向背电极方向富集,造成表面带隙降低^[1]。因此耗尽层内部载流子复合势垒减小,反向饱和电流增大,电池的开路电压小。设计表面富Ga层能够获得表面带隙增大的吸收层,增大器件的开路电压,为了对带有表面富Ga层的吸收层带隙结构进行深入研究,采用SCAPS软件就吸收层表面带隙进行模型假设,通过SCAPS计算结果总结表面带隙变化与电池效率、开路电压、短路电流之间的具体联系^[3]。本文针对CIGSe/CdS/ZnO的pn结结构进行SCAPS计算模拟,将CIGSe层设计为平直带隙与梯度带隙的两层结构,其中梯度带隙中Ga含量随深度线性变化,模拟中采用表面富Ga层厚度x与表面最大Ga含量y两个参数作为富Ga层特征研究x、y两个参数对于电池性能的影响。模拟结果得出,在表面GGI达到0.4～0.6时、富Ga层厚度在50～100 nm时能够获得良好的电池效率。然而继续提高表面Ga含量,无论是通过增大富Ga层厚度还是提高表面Ga含量,都会导致电池性能的衰减。表面GGI增大过多会导致能带结构不匹配,电子发生隧穿复合概率提高,电池性能衰减^[3]。更多还原