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日本电子台式扫描电镜在CIGS薄膜研究中的使用

提供 来源:公众号      日期:2020年05月22日
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日本电子台式扫描电镜在CIGS薄膜研究中的使用

    CuInxGa1−xSe2(CIGS)膜在薄膜太阳能电池中被认为是有前途的材料。目前CIGS薄膜的制备方法有:连续真空蒸发、溅射、闪蒸、分子束外延、热壁外延、电沉积、喷涂热解、化学离子交换、共蒸发、溶剂热合成和纺丝包覆纳米微粒制造等。其最高23.35%的转换效率创造了太阳能电池薄膜技术的世界纪录。最有效的CIGS太阳能电池是通过共蒸法经过复杂的加工工艺制备的,它要求准确控制所有蒸发源。闪蒸发技术是用于CIGS薄膜的沉积最简单的方法之一。但这种技术有一些沉积问题,如重现性差,以及从蒸发中喷出的物质来源无法准确控制。
在目前的工作中,研究人员提出了一个新的单阶段从粉末直接制备CIGS薄膜的方法。这种方法允许直接从粉末元素中沉积化学计量CIGS层,不含硒化或任何处理。CIGS薄膜由一个近似圆柱体的蒸发皿沉积而成,它在开始加热的时候被氧化铝球封住,以防止材料溅出,在快速的升温时,允许元素在他们同时从蒸发皿的洞里蒸发前互相混合。然后通过采用x射线衍分析、拉曼光谱、光谱学、扫描电子显微镜(JCM-6000)和原子力显微镜,研究沉积薄膜在不同衬底温度下的结构、光学性质和表面形貌,探讨了用该方法制备化学计量CIGS薄膜的可行性。

  全新升级JCM-7000台式扫描电镜  


  薄膜在基底温度分别为100℃、200℃、220℃、300℃、400℃的SEM图像

所制备薄膜的SEM图像如上所示,从图中我们可以样品表面无裂纹,样品颗粒清晰可见,胶黏剂薄膜良好,说明利用该工艺作为CIGS蒸发基础制备好的CIGS吸收层是可行的。从这些图像中可以看到薄膜的表面形态明显受到衬底温度的影响。

本文使用快速热蒸发法不含硒化或任何处理直接从粉末元素中沉积化学计量CIGS层制备了CIGS薄膜。研究发现薄膜沉积取决于衬底温度,而衬底温度对化学计量学起着至关重要的作用。硒含量随衬底温度的升高而降低,这极大地改变了薄膜的化学计量,提高了薄膜的结晶度。衬底温度在220°C至300°C之间铜含量增加,其余的元素减少。当衬底温度从100°C增加到400°C,晶粒尺寸几乎增大了一倍,而带隙减小。

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