化學(xué)水浴法制備CIGS薄膜太陽電池緩沖層CdS薄膜的研究

化學(xué)水浴法制備CIGS薄膜太陽電池緩沖層CdS薄膜的研究第1頁/共13頁一、研究背景緩沖層Soda-limeglassCu(In,Ga)Se2MoZnO/ZnO:AlNi/AlNi/AlCu(In,Ga)Se2太陽電池的結(jié)構(gòu)示意圖CdS溶液體系：氯化鎘體系碘化鎘體系醋酸鎘體系硫酸鎘體系第2頁/共13頁二、研究?jī)?nèi)容在醋酸鎘溶液體系和硫酸鎘溶液體系中采用化學(xué)水浴法沉積CdS薄膜，對(duì)CdS薄膜的表面形貌、晶體結(jié)構(gòu)、光透過率和成份等特性進(jìn)行研究。兩種溶液體系中沉積的CdS薄膜分別應(yīng)用于聚酰亞胺襯底CIGS薄膜太陽電池。

第3頁/共13頁三、在兩種溶液體系中制備CdS薄膜的研究實(shí)驗(yàn)參數(shù)醋酸鎘體系硫酸鎘體系鎘鹽1mM1.5mM硫脲7.5mM75mM氨水0.6M1.2M銨鹽1.5mM/溫度70℃60℃時(shí)間15min7min第4頁/共13頁兩種溶液體系下沉積薄膜的FESEM圖(a)醋酸鎘體系、(b)硫酸鎘體系

薄膜均勻致密、顆粒之間沒有微孔。薄膜表面出現(xiàn)白色顆粒。采用硫酸鎘溶液體系時(shí)，白色顆粒較多且尺寸較大。白色顆粒可能是溶液中同相反應(yīng)生成的Cd(OH)2膠?；蛘逤dS膠粒，沉淀在薄膜表面。三、在兩種溶液體系中制備CdS薄膜的研究第5頁/共13頁兩種溶液體系下沉積薄膜的AFM圖(a)醋酸鎘體系、(b)硫酸鎘體系

薄膜的顆粒大小約為60nm。采用醋酸鎘溶液體系時(shí)，薄膜的均方根粗糙度為5.063nm。采用硫酸鎘溶液體系時(shí)，薄膜的均方根粗糙度為6.820nm，薄膜表面出現(xiàn)了170nm大小的顆粒。三、在兩種溶液體系中制備CdS薄膜的研究第6頁/共13頁薄膜為n型半導(dǎo)體。一般認(rèn)為若S/Cd原子比在0.85~0.95之間，則CdS薄膜的電阻率在104Ω·cm~105Ω·cm，方塊電阻大約為109Ω/□~1010Ω/□。醋酸鎘體系硫酸鎘體系S/Cd原子比0.94630.9451三、在兩種溶液體系中制備CdS薄膜的研究第7頁/共13頁兩種溶液體系下沉積薄膜的XRD圖譜(a)醋酸鎘體系、(b)硫酸鎘體系

圖譜上只有在2θ為26.78°位置出現(xiàn)一個(gè)衍射峰。難以判斷CdS薄膜具體為哪一種晶體結(jié)構(gòu)，可能沿六方晶(002)方向擇優(yōu)生長(zhǎng)，也可能沿立方晶(111)方向擇優(yōu)生長(zhǎng)。醋酸鎘溶液體系下沉積的CdS薄膜的衍射峰峰值更強(qiáng)、峰寬更窄，擇優(yōu)生長(zhǎng)更明顯。

三、在兩種溶液體系中制備CdS薄膜的研究第8頁/共13頁兩種溶液體系下沉積薄膜的光透過率與光波長(zhǎng)之間的關(guān)系(a)醋酸鎘體系、(b)硫酸鎘體系兩種溶液體系下沉積薄膜的(αhν)2-hν的關(guān)系圖(a)醋酸鎘體系、(b)硫酸鎘體系

在波長(zhǎng)大于550nm時(shí)有較高的透過率；在波長(zhǎng)小于550nm時(shí)，透過率急劇下降。在長(zhǎng)波區(qū)域，醋酸鎘溶液體系下沉積的CdS薄膜的透過率略高。

CdS薄膜的禁帶寬度值：2.24eV（醋酸鎘體系）和2.35eV（硫酸鎘體系）。三、在兩種溶液體系中制備CdS薄膜的研究第9頁/共13頁四、在柔性襯底CIGS太陽電池中的應(yīng)用CIGS電池的I-V曲線，緩沖層CdS薄膜分別為(a)醋酸鎘體系和(b)硫酸鎘體系中沉積（0.64cm2，AM0，25℃

）CdS薄膜Effi.Voc(mV)Jsc(mA/cm2)FF醋酸鎘溶液體系6.42509350.49硫酸鎘溶液體系6.3550633.60.51第10頁/共13頁五、結(jié)論在醋酸鎘溶液體系和硫酸鎘溶液體系中CBD法沉積CdS薄膜。薄膜的厚度為60nm，無微孔排列致密，光透過率高，S/Cd原子比約為0.94。相對(duì)而言，醋酸鎘溶液體系沉積的CdS薄膜的擇優(yōu)生長(zhǎng)更明顯，薄膜表面的白色沉淀顆粒較少，禁帶寬度較小。采用兩種溶液體系中沉積的CdS薄膜作為聚酰亞胺襯底CIGS薄膜太陽電池的緩沖層，電池的轉(zhuǎn)換效率分別達(dá)到