柔性铜铟镓硒薄膜太阳电池的制备及性能表征研究
起岳
(中国电子科技集团公司第十八研究所，天津，300380 )
摘要：铜铟镓硒太阳电池具备高光电转换效率，高抗辐照。聚酰亚胺(PI)衬底制备的柔性太阳电池质量比功率高，有极高的应
用前景。为此我们对其工艺过程及材料表征进行了讨论。
关键词：薄膜太阳电池；性能；研宄
Preparation and characterization of flexible copper indium galliumselenium-thin film solar cells.
Zhao Yue
(The 18th institute of Chinese electronics technology group, Tianjin, 300380)
Abstract:Copper indium gallium selenium solar cell has high photoelectric conversion efficiency and high
resistance to irradiation. The quality of flexible solar cells prepared by polyimide (PI) substrate is higher than that of power and has high application prospect. Therefore, we discuss the process and characterization of the materials.key words:thin-film solar cell; Performance; research
1铜铟稼砸柔性薄膜太阳电池特性概述
CuInSe2属于I - III - VI族化合物[1]。CuInSe2本身晶体结
构属于黄铜矿,类似于II _ VI族化合物的闪锌矿晶体，基于其本 身晶体结构的特性，铜铟镓硒柔性薄膜太阳电池,能够有效的抵 抗光辐射的能力，避免了同类型薄膜太阳电池受光辐射所导致的 性能衰降现象。
基于当前的研宄表明，铜铟镓硒柔性薄膜太阳电池，在可见 光谱范围内具有较高的吸收系数，禁带宽度通常为0. 98~1. 04eV， 实际数值取决于实际元素组成化学计量比[2]。现代研究表明为了 提高铜铟镓硒柔性薄膜太阳电池的禁带比例，在铜铟硒当中添加 镓,使得镓元素部分替代铟元素，此时当铜铟镓硒吸收层化学配 比产生改变时，材料禁带宽度在1. 〇4~l. 68eV内可调。
铜铟镓硒薄膜太阳电池，其衬底可以为玻璃、不锈钢薄膜、
极，形成铜铟镓硒柔性薄膜太阳电池，其整体结构为：衬底(PI)、
Mo、CIGS、CdS、i • ZnO、AZO、Ag。
电池制备完成之后，通过P-16型台阶仪、四探针电阻测试 仪、分光光度仪、XRD、SIMS，为实验仪器，针对铜铟镓硒柔性薄 膜太阳电池各功能层材料进行方阻、电导率、光透过率、表面形 貌、元素分布等相关测试。
果分析
3.1底电极制齡析
在柔性衬底的基础上利用溅射方法进行制备得到底电极
Mo,以此方法通过调节氩气压强，获得性能不同的Mo底电极。通
过上述濺射方法的制备，其最终得到与衬底结合性能较好的底电 极，通过实验结果显示，以单一条件制备的底电极，其与PI材料 的结合力及低电阻率无法兼得，为此需要制备多层金属Mo衬底。 以同时满足结合力与低电阻的要求。
在接近衬底部分通过调节氩气压强环境，采用溅射方法进行 底电极制备，具体制备流程为：首先在氩气压强较高的环境下采 用派射方法，使得底电极与衬底的结合性能良好，之后再在氩气 压强较低的环境下使用派射方法，以此获得具有低电阻的Mo电
PI薄膜，相应材料的应用在很大程度上降低了该电池的成本，而
基于研宄表明，铜铟镓硒柔性薄膜太阳电池，在使用柔性衬底后 依旧可以获得极高的光电转换效率[3]。柔性的衬底的使用提升 了电池的质量比功率。相应材料体系的光电转换效率目前已经达 到 22. 6%
最终对两者方法结合后产生的电池进行分析,发现在PI上制 2铜铟镓硒柔性薄膜太阳电池制备及性能表征研究 极。
备的Mo膜其表面光滑整洁，并且能够在后续工艺中始终保持与
麵
首先以50 w m厚度的PI薄膜作为电池衬底,采用直流磁控 派射法制备0. 8~1. 2mm的底电极Mo薄膜，在此之后通过蒸发法, 预先沉积得到In-Ga-Se的预制层，其次利用550~580°C沉底温 度，采用真空蒸发法制得吸收层CuInl-XGaXSe2薄膜。通过化学 浴法制备厚度为50ran的缓冲层CdS薄膜；通过射频磁控派射法 制备i • ZnO与AZ0窗口层薄膜，最终在窗口层上制备Ag顶电
衬底的良好结合。
3.2吸雌制齡析
本文利用蒸发法设备,工艺方法是用三步法。可以看出，薄膜 内的元素比例整体表现虽然合格，但是与之前研宄所表明的最佳 带隙梯度具有较大差异，其整体效果表现偏差，基于此分析结果 说明，在制备吸收层后，需要根据元素分布适当进行退火工艺。
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2018.07
科技论坛透光状况进行观测，从而了解到i • ZnO薄膜性能最佳的厚度，观 测结果显示，450nm薄膜的透光率为90%,透光分布呈现不均匀， 具体原因与工艺及厚度有一定的关系，而500nm薄膜透光率为 87%，整体表现合格但与本次实验的高性能存在一定的差距，而 550nm透光率达到81%以上，整体表现合格符合本次实验的目标， 结合四探针测量结果采用500nm薄膜制备为宜。
之后分别采用了射频磁控溉射及直流磁控溅射对AZ0薄膜 进行制备。此两种方法得出的结果在表征上存在一定的不同，具 体结果为：通过射频磁控派射法制备的AZ0薄膜，在表面电导 性上要强于直流磁控溅射法，详细参数为(射频磁控溅射法制备 出厚度为800nm的AZ0薄膜，其在550nm的基础上，透光率大于 88%,表面光滑均匀，电阻率为0. 0004 Q. cm)性能整体较为优秀。
退火工艺过程中,首先需要观察Se源、衬底的温度与升温、 降温的温度曲线，并重点记录真空度变化对硒化过程的影响^口 果相关参数控制精确度不足，那么通过SMS进行测试可以发现， 硒化过程当中,吸收层当中的Cu、In、Ga、Se的比例在局部范 围内出现分布不均的现象，并且整体比例偏离化学计量比，此时 电池性能表现较差。
4功能层薄膜的制备及其性能表征分析4.1缓冲层CdS制备与性能表征
本文采用化学水浴法制备CdS缓冲层，具体流程为：首先调 整实验溶液的pH值、Cd(CH3C00) 2的溶液浓度、氨水浓度、硫脲 浓度、缓冲剂浓度，以此促进缓冲层的结构均匀，防止出现成膜 不匀的现象。分析采用物相分析与反射率测量分析仪器对CdS薄 膜进行分析。分析显示电池缓冲层CdS薄膜整体结构为四方相结 构厚度为54nm,与电池设计初期对CdS材料成膜要求接近。CdS 制备过程中需要严格控制成膜材料的Cd、S比例以达到最佳的 材料带隙。
5结语
本文针对铜铟镓硒柔性薄膜太阳电池进行研宄，对其制备、 表征、性能三个方面进行实验、分析，在最终的分析结果对比之 下，对铜铟镓硒柔性薄膜太阳电池制备及表征有了初步的了解。
4.2 i. ZnO' AZO薄膜制备与性能表征
首先对i • ZnO薄膜进行制备，采用射频磁控溅射法开展, 制备目标为ZnO薄膜厚度为5(T70nm。i • ZnO薄膜的主要功能 为透光及空穴阻挡层，由于i • ZnO与CdS缓冲层间的带隙匹配 所形成的势垒能够有效阻止空穴的传输，所以该薄膜的核心工艺 在于透光率，因此为了实现性能最佳的薄膜制备，本文针对性的 制备了 450nm、500nm、550nm厚度的薄膜,通过不同厚度的薄膜(上接第127页）
的云计算教学平台，其在师生访问层中融合了操作系统、应用程 序，此类结构均集成到了虚拟机中,各级别的用户都可以访问到 云计算的虚拟机服务中。师生访问层操作终端的目的是操作虚拟 机，致力于为师生用户提供规范的接口,避免出现违法操作。
参考文献
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案例在教学中开设的时间不长，课堂仍旧处于初期阶段，由此软 件开发服务层就在编写了软件程序、操作系统程序，为云计算教 学平台提供环境支持，而且配置了开发工具，把虚拟的云资源引 入到翻转课堂中,促进了翻转课堂中的成熟化发展；最后是软件 的服务层，软件服务层与云计算教学平台在翻转课堂中的应用存 在直接的关系,软件服务层直接转化为云计算教学平台的服务功 能，直接为教师、学生提供云资源中的视频、文档等，还可提供在 线服务、在线交流等内容，支持各种类型的终端接入，便于教师和 学生在翻转课堂中的学习,完善云计算教学平台的资源服务。
2.3管助法
云计算教学平台在面向翻转课堂时需要采用合理的管理方 法，管理对象是云计算教学平台的各项资源[3]。例举云计算教学 平台构建过程中的几点管理方法，如：（1)管理好云计算教学平 台管理层中的各项设备以及平台资源；（2)由管理层的管理机 构共同协调云计算教学平台的资源内容，充分发挥云平台的作 用；（3)云计算教学平台中可以由相关的教育教学部或教学机 构汇总教学内容,教学内容整合到云计算教学平台中，利用云计 算教学平台的可开发性,优化平台服务，同时做好平台管理的工 作；（4)云计算教学平台管理时采用分工、协作的方法,提高在 线云资源的质量与效率，促进在线云教学资源的发展。
4结束语
云计算教学平台促进了翻转课堂的发展，而且云计算教学平 台本身具有较高的实践价值，分享海量教学资源的同时，共享优 质的教学课程，表明云计算教学平台的重要性。
参考文献
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3面向翻转课堂的云计算教学平台案例
云计算教学平台在面向翻转课堂的案例中，首先构建了基 础设施服务层，全面规划了服务器、网络设备、数据库等,以便构 建好平台中的云存储与云资源，为该案例的云计算教学平台提供 基础服务所需的设施，保障平台在翻转课堂中的存储能力、计算 能力等；然后是云计算教学平台的软件开发服务层，该翻转课堂
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