CIS太阳能电池中CIS材料的制备与性能研究.txt有没有人像我一样在听到某些歌的时候会忽然想到自己的往事_______如果我能回到从前，我会选择不认识你。不是我后悔，是我不能面对没有你的结局。 本文由shevjiang贡献
pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 华南理工大学 硕士学位论文 CIS太阳能电池中CIS材料的制备与性能研究 姓名：邹心遥 申请学位级别：硕士 专业：微电子学与固体电子学 指导教师：姚若河 20040218 华南理工大学硕士学位论文 摘要
在太阳能电池领域，要提高电池的光电转换效率，降低电池的生产成本，最 基本且关键的问题是在材料的选择及制各方面，本文对ＣＩＳ太阳能电池中ＣＩＳ薄 膜的制备及性能方面进行研究和探讨。 通过比较几种不同的制备ＣＩＳ多晶薄膜的方法，并结合现有的实验条件，本 文研究了用磁控溅射和硒化方法制备ＣＩＳ多晶薄膜材料的工艺过程。研究了溅射 功率对所制薄膜的沉积速率及结晶度的影响，用台阶仪测量了膜厚，用ＸＲＤ和ＳＥＭ 分析了膜的结晶度和择优取向，计算出ｃｕ膜的沉积速率与溅射功率的关系。尝试 了三种制备Ｃｕ－Ｉｎ预制薄膜的方法：第一，在铜靶里面开槽灌铟做成铜铟混合靶； 第二，铜铟舍金靶：第三，铜、铟两靶交替溅射。在用ｃｕ、Ｉｎ两靶交替溅射的方
式沉积Ｃｕ－ｌｎ预制薄膜的所有样品中，最接近化学计量比的ＣＩＳ薄膜的制备条件 是：铜铟溅射功率分别为：３００ｗ和６０ｗ，溅射时间比为０．６２５。同时对硒化退火 方法进行多次的实验，探讨了获得ＣＩＳ薄膜的优化硒化工艺：氮气保护时，流量 为６０ｍｌ／ｍｉｎ．硒化基片温度为５００℃。
目前为止文献上对ＣＩＳ／ＣｄＳ太阳能电池ＣＩＳ／ＣｄＳ异质结的能带结构及异质结 特性的理论研究和讨论仍较少。本文从理论上讨论了ＣＩＳ／ＣｄＳ异质结的能带结构、 伏安特性。讨论结果表明改变ＣＩＳ和ＣｄＳ两种半导体材料的掺杂浓度，ＣＩＳ／ＣｄＳ 异质结的能带结构也随之变化，从而改变其相应的伏安特性，因此，可通过设计 制造出最符合要求的能带结构和伏安特性的ＣＩＳ／ＣｄＳ异质结，进一步提高ＣＩＳ／ＣｄＳ 太阳能电池的效率。同时对ＣＩＳ异质结中开路电压与扩散长度的关系进行了分析， 经过计算机模拟得出了它们之间的关系曲线，计算表明保持载流子的扩散长度和 空穴的扩散系数不变，改变电子的扩散系数，开路电压基本不变；而随着空穴扩 散系数的增大，开路电压逐渐减少。并从ＣＩＳ太阳能电池的等效电路出发，分析 了电池的串连电阻和并联电阻对电池的填充因子的影响。结果表明，在较大光生 电流情况下，较低的串连电阻和较低的反向饱和电流才能获得较高的填充因子。 关键词：太阳能电池：ＣＩＳ；磁控溅射；硒化 ＩＶ 摘要
ＡＢ ＳＴＲＡＣＴ
Ｉｎ ｔｈｅ ｓｏｌａｒ ｃｅｉｌｓ ｆｉｅｌｄ，ｔｈｅ ｋｅｙ ｉｓ ｔｈｅ ｃｈｏｉｃｅ ａｎｄ ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ａｂｏｕｔ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｐｈｏｔｏ—ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ
ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ａｎｄ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｃｏｓｔ．Ｔｈｅ
ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＣｕｌｎＳｅ２ ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍｓ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｓｔｕｄｉｅｄ
ａｎｄ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ． Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，Ｉｔ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｓｔｕｄｉｅｄ ｔｈａｔ ｈｏｗ
ｔｏ ｆａｂｒｉｃａｔｅ ＣｕｌｎＳｅ２ ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍｓ ｂｙ ｍａｇｎｅｔｒｏｎ ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ ａｎｄ ｓｅｌｅｎｉｚａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｒｏｕｇｈ ｃｏｍｐａｒｉｎｇ ｓｅｖｅｒａｌ ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｕｒ ａｂｏｕｔ ＣＩＳ
ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｔｈｉｎ
ｆｉｌｍｓ，ａｔ ｔｏ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｉｍｅ，
ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ
ｆａｃｔｕａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ．Ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｔｈａｔ ｐｏｗｅｒ
ａｇｇｒａｄａｔｉｏｎ ｓｐｅｅｄ ａｎｄ
ｃｒｙｓｔａｌ ｄｅｇｒｅｅ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ａｇｇｒａｄａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍｓ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｓｔｕｄｉｅｄ ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅｄ， ｂｙ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｔｈｅ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｗｉｔｈ ｓｕｒｆａｃｅ ｐｒｏｆｉｌｅｒ，ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅｄ ｔｈｅ ｃｒｙｓｔａｌ ｄｅｇｒｅｅ ａｎｄ ｔｒｏｐｉｓｍ ｂｙ ＸＲＤ ａｎｄ ＳＥＭ．Ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ａｇｇｒａｄａｔｉｏｎ
ｓｐｅｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｏｗｅｒ ｄｕｒｉｎｇ ａｇｇｒａｄａｔｉｎｇ Ｃｕ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍｓ．Ｏｎ ｔｈｅ ｏｔｈｅｒ ｈａｎｄ，ｔｈｒｅｅ ｍｅｔｈｏｄｓ ａｂｏｕｔ ｆａｂｒｉｃａｔｉｎｇ Ｃｕ—Ｉｎ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ａｔｔｅｍｐｔｅｄ．ｔｈｅ ｆｉｒｓｔ ｏｎｅ
ｉｓ：Ｃｕ－Ｉｎ
ｍｉｘｔｕｒｅ ｔａｒｇｅｔ，ｔｈｅ ｓｅｃｏｎｄ ｏｎｅ
ｉｓ：Ｃｕ－Ｉｎ ａｌｌｏｙ ｔａｒｇｅｔ，ｔｈｅ ｌａｓｔ ｏｎｅ
ｉｓ：ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ ｗｉｔｈ Ｃｕ
ｔａｒｇｅｔ ａｎｄ Ｉｎ ｔａｒｇｅｔ ａｌｔｅｒｎａｔｅｌｙ．Ｆｏｒ ｔｈｅ ｌａｓｔ ｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｍｏｓｔ ｃｌｏｓｅｌｙ ｔｏ ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ ｒａｔｉｏ ｉｓ：ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ ｐｏｗｅｒ ｏｆ Ｃｕ ｉｓ ３００ｗ ａｎｄ Ｉｎ ｉｓ ６０ｗ，ｔｈｅ．ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ ｔｉｍｅ ｒａｔｉｏ ｏｆ Ｃｕ ａｎｄ Ｉｎ ｉｓ Ｏ．６２５．Ｉｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ，ａｆｔｅｒ ａｔｔｅｍｐｔｉｎｇ ｓｅｖｅｒａｌ ｔｉｍｅｓ ａｂｏｕｔ ｓｅｌｅｎｉｚａｔｉｏｎ，Ｉｔ ｓｅｅｍｓ ｔｈａｔ ５００＂Ｃ ｏｆ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ａｎｄ Ｎ ２ ｗｉｔｈ
６０ｍｌ／ｍｋｌ ａｒｅ
ｔｈｅ ｂｅｓｔ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ． Ｎｏｗｄａｙｓ．ｔｈｅｒｅ ａｒｅ
ｓｔｉｌｌ ｌｅｓｓ ｓｔｕｄｙ ａｎｄ ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ａｂｏｕｔ ｅｎｅｒｇｙ ｂａｎｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ Ｉ－Ｖ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｏｆ ＣＩＳ／ＣｄＳ ｈｅｔｅｒｏ－ｊｕｎｃｔｉｏｎ ａ
ｉｎ ｔｈｅｏｒｙ ｉｎ ｔｈｅ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｌｉｔｅｒａｔｕｒｅｓ，ｗｈｉｃｈ
ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ．Ａｓ ｏｆ ＣＩＳ／ＣｄＳ
ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ，ｔｈｅ ｅｎｅｒｇｙ ｂａｎｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｃｈａｎｇｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｃｈａｎｇｉｎｇ ｔｈｅ ａｄｕｌｔｅｒａｔｉｏｎ
ｈｅｔｅｒｏ－ｊｕｎｃｔｉｏｎ ｃａｎ ｂｅ
ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｃｙ ｏｆ ＣＩＳ ａｎｄ ＣｄＳ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｌｙ ｔｈｅ Ｉ－Ｖ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｗｉｌｌ ｂｅ ｃｈａｎｇｅｄ， ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｈｅ ｐｈｏｔｏ—ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ＣＩＳ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌｓ ｃａｎ ｂｅ
ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｂｙ ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ ｔｈｅ ＣＩＳ／ＣｄＳ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
ｈｅｔｅｒｏ－ｊｕｎｃｔｉｏｎ
ｔｈａｔ ｈａｓ ｐｅｒｆｅｃｔ ｅｎｅｒｇｙ ｂａｎｄ ａｎｄ Ｉ－Ｖ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ．Ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｉｍｅ，ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｏｐｅｎ
ｃｉｒｃｕｉｔ ｖｏｌｔａｇｅ ａｎｄ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｌｅｎｇｔｈ ｏｆ ＣＩＳ／ＣｄＳ
Ｉｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｃｕｒｖｅ
ｈｅｔｅｒｏ－ｊｕｎｃｔｉｏｎ
ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．
ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｏｐｅｎ ｃｉｒｃｕｉｔ ｖｏｌｔａｇｅ ａｎｄ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｌｅｎｇｔｈ ｈａｓ ｂｅｅｎ Ｖ
兰童翌三盔兰堡圭兰垡堡兰
ｏｂｔａｉｎｅｄ ｂｙ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ａｎａｌｏｇ．Ａｓ ａ
ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｏｐｅｎ ｃｉｒｃｕｉｔ ｖｏｌｔａｇｅ ｋｅｅｐ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｃｈａｎｇｅ ｂｕｔ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｌｅｎｇｔｈ ｏｆ
ｉｎｖａｒｉａｂｌｅ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ
ｔｈｅ ｃｈａｒｇｅ ｃａｒｒｉｅｒｓ ａｎｄ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｈｏｌｅ ｋｅｅｐ ｉｎｖａｒｉａｂｌｅ，ｈｏｗｅｖｅｒ
ｏｐｅｎ
ｃｉｒｃｕｉｔ ｖｏｌｔａｇｅ ｏｎ ｗｉｌｌ ｒｅｄｕｃｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ
ｉｎｃｒｅａｓｅ
ｏｆ ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｈｏｌｅ’Ｓ
ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ
ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ．Ｂａｓｅｄ
ｔｈｅ ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｃｉｒｃｕｉｔ ｏｆ ＣＩＳ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌｓ，ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ａｂｏｕｔ
ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｉｎ ｓｅｒｉｅｓ ａｎｄ ｐａｒａｌｌｅｌ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｔｏ ｆｉｌｌ ｇｅｎｅ ｈａｓ ｂｅｅｎ ａｎａｌｙｚｅｄ． Ａｓ ａ
ｒｅｓｕｌｔ．ｔｈｅ ｂｉｇ ｆｉｌｌ ｇｅｎｅ ｃａｎ
ｂｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｓｍａｌｌ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｉｎ ｓｅｒｉｅｓ ａｎｄ ｓｍａｌｌ ｒｅｖｅｒｓｅ
ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ ｃｕｒｒｅｎｔ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｌｉｇｈｔ ｃｕｒｒｅｎｔ ｉＳ ｂｉｇ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｏｌａｒ ｃｅｉｌｓ；ＣＩＳ；ｍａｇｎｅｔｒｏｎ ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ；ｓｅｌｅｎｉｚａｔｉｏｎ Ｖｌ
华南理工大学 学位论文原创性声明
本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研 究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文 不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研 究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完
全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：≠郭。ｃ鼬期：≥州争年；月Ｕ日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，
允许论文被查阅和借阅。本人授权华南理工大学可以将本学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。
保密口，在——年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密臼。 （请在以上相应方框内打“√”） 作者签名：卸灯篷 日期：ｈｎ哞｛月７珀 剔磴轹萨。叼 ７
日期：獬年ｊ月Ｊ彩日 第一章绪论 第一章绪论
１．１研究的目的和意义
在科学技术高度发达的今天，信息、能源、材料等高新技术起着支撑社会的 作用。环保问题也为全球人类所关注。随着工业的不断发展，废气、废液、废物 等大量排放，自然资源大量浪费，造成严重的人类环境污染。全球性温室效应使 地面气温升高、空气污染、干旱、荒漠化、风暴和海平面上升。科学家们为了环 保正在开发清洁的再生能源以降低温室效应。太阳能存在广泛，可自由索取，且
为“绿色”能源．是～种可利用的最重要的可再生能源。
据专家估算，以现在的能源消耗速度，可开采的石油资源将在几十年后耗尽． 煤炭资源也只能供应人类约２００年。能源问题已成为世界关注的一个重大问题。 风能和潮汐能等虽属可再生能源，但受地理环境等条件的限制。唯有太阳能辐射 到地球的每个角落，因而成为２１世纪最具大规模开发潜力的新能源之一。我国
幅员辽阔，太阳能资源丰富，总厦积三分之二的地区年日照时间超过２０００小时， 西北一些地区甚至超过３０００小时，粗略统计，我国陆地每年接收的太阳辐射量相 当于２４０００亿吨煤，按１９９７年我国一次能源１３．４亿吨标准煤计算，可用１８００ 年，在西部地区，人口密度低，距离骨干电网远，交通不便，显然太阳能是这些 地区的能源的最佳选择。因此我国大力开发利用太阳能资源势在必行。太阳因内 部发生着核反应，温度高达１．５×ｌＯ ７Ｋ，会辐射出大量的热能。照射到地球上的
太阳能非常巨大，大约４０ｍｉｎ照射到地球上的太阳能就足以满足全球人类一年的 能量需求ｆ”。而且，利用太阳能还可减少环境污染。目前太阳能的利用主要集中 在热能和发电两方面，对于工业和其他产业部门，后者则是最理想的方案。利用 太阳能发电目前有两种办法：一是利用太阳能加热液体，使之变成气体用以驱动 涡轮机发电：另一种就是太阳能电池。根据半导体光生伏特效应（光伏效应）制 成的太阳能电池即光伏电池。是将太阳辐射能直接转换为电能的转换器件。用这 种器件封装成太阳能电池组件．再按需要将多块组件组合成一定功率的太阳能电 池方阵，经与储能装置、测量控制装置及直流一交流变换装置等相配套，即构成太
阳能电池发电系统，也称之为光伏发电系统。它具有不消耗常规能源、无转动部 件、寿命长、维护简单、使用方便、功率大小可任意组合、无噪声、无污染等优
点。１８８３年，Ｆｒｉｔｔｓ描述了第一个硒制造的光生伏特电池。１９４１年Ｏｈ