磁控溅射法制备CIGS薄膜光伏电池Mo背电极的研究

【摘要】：铜铟镓硒(简称CIGS)薄膜太阳电池凭借其光电转换效率高、无衰退、性能稳定、成本低廉等特点备受人们瞩目,是一种最具有发展前景的薄膜太阳电池。2010年,德国氢能和太阳能研究机构(ZSW)已成功的将CIGS薄膜太阳电池的实验室记录转换效率刷新到20.3%。在很长的一段时间内,国内的研究者们也掀起了一股研究热潮。背电极作为CIGS薄膜太阳电池的重要组成部分之一,其材料的选择关系着电池的性能。Mo薄膜由于具备低的电阻率、良好的热稳定性以及与CIGS层可形成很好的欧姆接触,同时具有与玻璃和CIGS相近的热膨胀系数等特点,成为CIGS薄膜太阳电池背电极的首选材料。 本实验采用磁控溅射技术来制备Mo薄膜,溅射电源分为双极脉冲电源和中频电源两种。双极脉冲磁控溅射是在普通载玻片上沉积Mo薄膜,靶材为圆形Mo靶,通过改变溅射时间、衬底温度和溅射功率来研究Mo薄膜的结构形貌及光电性能。中频磁控溅射使用孪生靶在200×200mm的平板玻璃上沉积Mo薄膜,靶材为矩形Mo靶,分析了溅射功率和工作气压对Mo薄膜的结构形貌及光电性能的影响。 实验结果显示,双极脉冲磁控溅射制备的Mo薄膜,在溅射时间60min、衬底温度的100℃、溅射功率为60W时,具有(211)晶面择优生长,晶粒呈明显的柱状生长,晶界清晰,反射率大约在55%左右,电阻率可达到10-5Ω·cm。中频磁控溅射制备的Mo薄膜,都具有(110)晶面择优生长,晶粒的柱状生长明显,随着溅射功率的升高Mo薄膜的结晶程度变好,晶体颗粒变大,反射率相差不大,电阻率可达到104Ω·cm；随着工作气压的升高Mo薄膜的结晶程度变差,晶体颗粒变小,反射率相差不大,电阻率可达到10-5Ω·cm。可见,实验制备的Mo薄膜均可满足CIGS薄膜太阳电池对背电极电性能的要求。 【关键词】：CIGS薄膜太阳电池 双极脉冲磁控溅射 中频磁控溅射 Mo薄膜
【学位授予单位】：大连工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM914.4;TB383.2
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-12
• 第二章 文献综述12-25
• 2.1 太阳电池简介12-15
• 2.1.1 太阳电池的种类13-15
• 2.1.1.1 硅系太阳电池14
• 2.1.1.2 化合物薄膜太阳电池14-15
• 2.1.1.3 纳米晶薄膜太阳电池15
• 2.1.1.4 有机薄膜太阳电池15
• 2.2 CIGS薄膜太阳电池简介15-19
• 2.2.1 CIGS薄膜太阳电池结构及工作原理16-17
• 2.2.2 CIGS薄膜太阳电池的国内外研究进展17-19
• 2.3 CIGS薄膜电池背电极材料介绍19-20
• 2.4 CIGS薄膜电池背电极的制备工艺20-23
• 2.4.1 化学气相沉积20-21
• 2.4.2 电子束蒸发21
• 2.4.3 溅射沉积法21-23
• 2.4.3.1 磁控溅射法原理及特点21-23
• 2.5 国内外背电极Mo薄膜的研究现状23
• 2.6 课题研究目的及创新点23-25
• 第三章 实验部分25-30
• 3.1 实验药品和实验仪器设备25-26
• 3.2 玻璃基底的清洗26
• 3.3 Mo薄膜背电极的制备26-28
• 3.4 Mo薄膜的分析测试方法28-30
• 3.4.1 Mo薄膜的物相结构分析28
• 3.4.2 Mo薄膜的微观形貌分析28
• 3.4.3 Mo薄膜的光学性能测试28-29
• 3.4.4 Mo薄膜的电学性能测试(方块电阻测试)29-30
• 第四章 结果与讨论30-52
• 4.1 靶材原料分析30-32
• 4.1.1 靶材原料的XRD30-31
• 4.1.2 靶材的表面形貌31-32
• 4.2 双极脉冲磁控溅射制备Mo薄膜的结构及性能分析32-43
• 4.2.1 溅射时间对Mo薄膜的影响32-35
• 4.2.1.1 不同溅射时间下Mo薄膜的沉积速率32-33
• 4.2.1.2 不同溅射时间下Mo薄膜的结构分析33-34
• 4.2.1.3 不同溅射时间下Mo薄膜的光学性能分析34
• 4.2.1.4 不同溅射时间下Mo薄膜的电学性能分析34-35
• 4.2.2 衬底温度对Mo薄膜的影响35-39
• 4.2.2.1 不同衬底温度下Mo薄膜的沉积速率35-36
• 4.2.2.2 不同衬底温度下Mo薄膜的微观形貌36
• 4.2.2.3 不同衬底温度下Mo薄膜的结构分析36-37
• 4.2.2.4 不同衬底温度下Mo薄膜的光学性能分析37-38
• 4.2.2.5 不同衬底温度下Mo薄膜的电学性能分析38-39
• 4.2.3 溅射功率对Mo薄膜的影响39-43
• 4.2.3.1 不同溅射功率下Mo薄膜的沉积速率39-40
• 4.2.3.2 不同溅射功率下Mo薄膜的形貌40
• 4.2.3.3 不同溅射功率下Mo薄膜的结构40-42
• 4.2.3.4 不同溅射功率下Mo薄膜的光学性能42
• 4.2.3.5 不同溅射功率下Mo薄膜的电学性能42-43
• 4.3 中频磁控溅射制备Mo薄膜的结构及性能分析43-52
• 4.3.1 溅射功率的影响43-47
• 4.3.1.1 不同溅射功率下Mo薄膜的沉积速率43-44
• 4.3.1.2 不同溅射功率下Mo薄膜的微观形貌44
• 4.3.1.3 不同溅射功率下Mo薄膜的的晶体结构44-46
• 4.3.1.4 不同溅射功率下Mo薄膜的光学性能46-47
• 4.3.1.5 不同溅射功率下Mo薄膜的电学性能47
• 4.3.2 工作气压的影响47-52
• 4.3.2.1 不同工作气压下Mo薄膜的沉积速率47-48
• 4.3.2.2 不同工作气压下Mo薄膜的微观形貌48-49
• 4.3.2.3 不同工作气压下Mo薄膜的晶体结构49-50
• 4.3.2.4 不同工作气压下Mo薄膜的光学性能50-51
• 4.3.2.5 不同工作气压下Mo薄膜的电学性能51-52
• 第五章 结论52-53
• 参考文献53-57
• 致谢57-58
• 附录A 攻读硕士期间发表的论文及成果58

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