CuInS2薄膜的单源热蒸发制备及其性能研究
CuInS2 (CIS)是一种重要的I- III- VI2 族半导体材料，由于具有与太阳光谱非常匹配的禁带宽度(1.55 eV)，光吸收系数高(>105 cm- 1)，化学稳定性好，低毒性等优点而倍受国内外研究者的青睐。以CIS 薄膜为吸收层的太阳电池的理论效率为27%~32%，在器件制备方面，Scheer等首次报道了效率超过10%的CIS 薄膜太阳电池。2001 年，Siemer 等通过快速热处理的方法获得效率达到11.4%的太阳池。Braunger 等[9]则利用共蒸法将效率提高至12.2%。就制备方法而言，目前，用于制备CIS 薄膜吸收层的方法主要有三源共蒸和硫化法，但它们在制膜的过程中，工艺复杂，难以控制，不利于产业化。
单源热蒸发技术是指通过蒸发预先合成的CIS 粉末而在基片上成膜的一种技术。该技术应用于CIS 薄膜的制备研究，能简化实验工艺，避免复杂的硫化和三源共蒸过程，有望推进产业化应用进程。然而，先前的文献主要集中在CuInSe2薄膜的研究，很少关于CIS 薄膜的单源蒸发研究，用该法制备CuInSe2 和CIS 薄膜的研究国内也还未见报道。
本文研究了以烧结合成的CIS 粉末为原料，采用单源热蒸发技术在钠钙玻璃基片上沉积薄膜，通过热处理获得了黄铜矿相CIS 薄膜，研究了不同退火温度对薄膜的结构、形貌、组分及光学性能的影响。
3、结论
以烧结合成的CIS 粉末为原料，采用单源热蒸发技术在玻璃基底上沉积CIS 薄膜，经350℃真空退火后，薄膜表现出高度的(112)晶面择优取向。电学和光学性能测试显示：薄膜的导电类型为弱N 型，禁带宽度为1.50 eV，这接近吸收太阳光谱所需的最佳禁带宽度值。该研究在电池器件中的进一步深入，有望推动薄膜太阳电池吸收层CIS 薄膜制备工艺的简化。
【作者】 王震东； 莫晓亮； 陈国荣；
【Author】 WANG Zhen-dong1,2,MO Xiao-liang1,CHEN Guo-rong1(1.Department of Materials Science,Fudan University,Shanghai 200433,China;2.Department of Physics,Nanchang University,Nanchang 330031,China)
【机构】 复旦大学材料科学系； 南昌大学物理系；
【摘要】 本文以烧结合成的CuInS2粉末为原料,采用单源热蒸发技术在玻璃基底上沉积CuInS2薄膜。随着退火温度的升高,薄膜的结晶性能增强,表现出高度的(112)晶面择优取向,SEM观察显示:350℃退火后,薄膜致密,晶粒细小,大小为数十纳米。同时,热探针测试发现:薄膜的导电类型为弱N型。光学性能方面,当退火温度高于250℃时,CuInS2薄膜的禁带宽度为1.50 eV,接近吸收太阳光谱所需的理想禁带宽度值。
【Abstract】 CuInS2 thin film was deposited on the soda-lime glass substrate by single-source thermal evaporation process,where the CuInS2 powder as starting material was synthesized via vacuum sintering.With the increasing annealing temperature,the crystallinity of the film was improved with high(112) preferred orientation.The film annealed at 350℃ became compact with fine grain size down to dozens of nanometers.Moreover,the test result by thermal probe showed the weak N-type conductivity of the film.As to its optical property,the forbidden band width of the CuInS2 thin film annealed at higher than 250℃ is 1.50eV,ie.,approximates to the ideal forbidden band width which is necessary to absorb solar spectrum.
【关键词】 CuInS2粉末； 真空烧结； CuInS2薄膜； 单源热蒸发；
【Key words】 CuInS2 powder； vacuum sintering； CuInS2 thin film； single-source thermal evaporation；
【基金】 上海市科委科研计划项目(No.09DZ1142102);;江西省教育厅科技项目(No.CJJ10380)
