ZnMgO薄膜优化及无镉Zn(O,S)/ZnMgO/CIGS光伏器件性能的提升

【作者】 马静怡； 刘云峰； 姚毅峰； 杨逍； 刘芳芳； 孙云； 刘玮；

【机构】 薄膜光电子技术教育部工程研究中心,天津市光电子薄膜器件与技术重点实验室,南开大学电子信息与光学工程学院；

【摘要】 铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳电池中,通常采用化学水浴法沉积CdS作为缓冲层。但CdS带隙较窄,降低了电池的短波响应,而且重金属元素Cd处理不当会带来环境隐患,所以宽带隙无镉缓冲层材料的研究一直备受关注^[1]。目前使用Zn（O,S）/ZnMgO双缓冲层的器件效率已达到了23.35%,成为当前的世界纪录。与传统CdS/CIGS电池相比,带隙连续可调的Zn（O,S）单层薄膜可以代替CdS和i-ZnO的作用,提升器件短波段响应,但是Zn（O,S）/CIGS器件的异质结界面复合及能带结构问题还是会导致开路电压损失,限制效率提升。基于此,本文以无镉Zn（O,S）/ZnMgO为双缓冲层,采用磁控溅射法在Zn（O,S）薄膜上制备ZnMgO薄膜,通过调节溅射参数及光浴^[2]处理减小界面复合,优化器件能带结构。通过SEM、XRD、J-V及UPS等测试对薄膜特性、异质结界面的复合情况以及器件性能进行分析。结果显示:改变溅射功率并结合光浴后处理可以调控薄膜内的元素比例和薄膜形貌,获得光滑平整的ZnMgO薄膜;与Zn（O,S）结合作为双缓冲层,能调节Zn（O,S）/AZO界面接触,优化CIGS异质结界面结构,有效降低器件内部的复合,提升器件开路电压及填充因子,最终获得了效率为17.5%的无镉CIGS薄膜太阳电池。本结果对进一步提升无镉缓冲层CIGS电池的效率提供了一定的理论与实验参考。更多还原