溅射时间对CIGS薄膜的影响范文

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《大连工业大学学报》2014年第四期

1铜铟镓硒薄膜的表征

采用日本理学D／MAX－3C型X射线衍射仪对薄膜的物相进行表征；用JEOLJSM－6460LV型扫描电子显微镜观察薄膜的微观形貌；用PERKINELMER650－B型紫外－可见分光光度计测试薄膜的吸收系数；计算薄膜的禁带宽度；用四探针测试仪测试薄膜的电阻率。

2结果与讨论

2．1溅射时间对cigs薄膜结构的影响

2．1．1CIGS薄膜物相分析图1是不同溅射时间下制备的CIGS薄膜的XRD图。从图中可以看出，溅射时间为30min时，CIGS薄膜呈现出两个衍射峰（112）和（220），两个峰强随溅射时间的增加而增强。沉积时间60min时，CIGS薄膜开始出现了（312）面的衍射峰，且衍射峰的强度随着溅射时间的增加而加强。因此由图1可以确定制备的CIGS薄膜是黄铜矿结构，沿（112）晶面择优生长。随着沉积时间的增加，衍射峰的强度逐渐增强，变尖锐，说明薄膜的结晶度变好，晶格质量提高，晶粒长大。

2．1．2CIGS薄膜微观形貌分析采用SEM对不同溅射时间CIGS薄膜的微观形貌进行观察，如图2所示。可以看出，溅射时间为30min的CIGS薄膜的表面平整，晶粒比较小，结晶程度低，薄膜表面有一定程度的团聚；随着溅射时间的增加，晶粒增大，结晶程度提高；当沉积时间为120min时，CIGS薄膜颗粒尺寸可达到1mm，且表面比较致密。这是因为随着沉积时间的增长，到达基底表面的粒子增多，而且更容易迁移到合适的位置，有利于晶核的生长；另一方面，样品中的玻璃衬底对晶粒生长的影响随CIGS膜厚的增加逐渐减小，因此厚晶导致晶体生长更加完整。

2．2溅射时间对CIGS薄膜性能的影响

2．2．1CIGS薄膜电阻率测试分析图3是薄膜的电阻率与时间的关系图。可以看出随着溅射时间的增加，CIGS薄膜的电阻率递减，为1．02Ω•cm。根据上述分析结果可知随溅射时间增长，薄膜晶粒尺寸增大且致密，从而增加载流子寿命并降低晶界散射，因此载流子浓度和迁移率提高，电阻率减小。

2．2．2CIGS薄膜光吸收系数测试分析对不同溅射时间下制备的CIGS薄膜作光吸收系数测试，其结果如图4所示，可看出不同溅射时间下制备的CIGS薄膜的吸收系数都接近105cm－1，而且随着时间的增长，CIGS薄膜的吸收系数增大，达到0．8×105cm－1，与理想值接近。CIGS是直接带隙半导体，其禁带宽度满足式（1）式（1）中：A为常数；Eg为禁带宽度；h为普朗克常数；ν为入射光频率；a为吸收系数。作（ahν）2－hν关系曲线，用外推法求出薄膜的禁带宽度，如图5所示。从图5可以看出，薄膜的禁带宽度随着溅射时间的增大而增大，达到1．224eV。说明完整的晶体结构有利于禁带宽度提高。

3结论

采用一步磁控溅射法在玻璃衬底上可制备黄铜矿结构的CIGS薄膜。当溅射时间为30、60、90、120min时，随着时间的增加，薄膜的结晶程度提高，厚度和颗粒增大；可见光的吸收系数提高，120min时为0．8×105cm－1；禁带宽度增大，最大值为1．224eV；电阻率减小，最小值为1．02Ω•cm。有利于CIGS薄膜太阳电池性能的提高。

作者：李刚刘贵山李好娜冯同胡志强郝洪顺单位：大连工业大学新能源材料研究所