熱處理對鉬電極的影響

摘 要：當前，基于玻璃襯底的CIGS多元化合物薄膜太陽能電池已得到充分的運用，運用三步法生長的CIGS太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率已到20.3%。通常CIGS太陽能電池都是用金屬鉬作為背電極的，文章對高溫退火后鉬對整個太陽能電池的影響進行了研究。

關鍵詞：熱處理；鉬電極；影響

基于玻璃襯底的CIGS多元化合物薄膜太陽能電池已得到充分的運用。目前，運用三步法生長的CIGS太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率已到20.3%，刷新了新的世界紀錄[1]。鑒于這種結(jié)構(gòu)的CIGS太陽能電池，通常都是用金屬鉬作為背電極的。因為鉬電極是用直流電源磁控濺射鍍在蘇打石灰鈉玻璃上，相比于交流或者射頻濺射更具有優(yōu)越性[2]。所以鉬電極的接觸電阻很低，具有優(yōu)良的物理性質(zhì)和化學性質(zhì)。在整個太陽能電池結(jié)構(gòu)中，鉬電極除了作為鉬電極外，還應能適應電池吸收層的生長。吸收層的結(jié)晶和生長都會受到鉬表面結(jié)構(gòu)的影響。為了研究鉬電極與玻璃襯底的粘附性，導電性和機械強度等問題，先輩們做了很多相關的試驗。但對于高溫退火后對鉬電極有多大的影響，卻沒有相關的資料可以考證。

文章將會研究高溫退火后鉬對整個太陽能電池的影響。為了減少實驗的不確定性，文章會把CIGS中的Ga出去，只生長CIS太陽能電池。但是，所得結(jié)果依然適用于CIGS太陽能電池。從XRD的分析結(jié)果看，高溫退火后的鉬會先改變In2Se3的前驅(qū)體取向，從而改變整個CIS的生長。并且可以證明，高效率的太陽能電池得益于高溫退貨過程中填充因子的增加[3]。

1 實驗

整個太陽能電池的結(jié)構(gòu)為2mm的石灰鈉玻璃/1um的鉬電極/2.2umCIS吸收層/50nm CdS緩沖層/50nm 本征ZnO/500nm AZO/3um 鋁電極。實驗過程如下幾步：

第一步，用去污粉對玻璃進行清洗，之后用去離子水擦拭沖洗，再之后用氮氣對玻璃吹干，放入100℃烤箱烘烤5分鐘。

第二步，把處理好的玻璃放入高真空直流濺射設備中。其中，鉬靶材與玻璃徹底的距離是80mm，工作氣體為氬氣。第一層氣壓為0.5pa，濺射功率為350w，鉬厚度為500nm；第二層氣壓為0.05pa，濺射功率為1000w，鉬厚度為500nm。沉積完鉬電極后，放入MBE系統(tǒng)中退火。退火過程通常分為3步：（1）用加熱爐盤15分鐘內(nèi)把鉬襯底升到560℃；（2）保持襯底處于560℃30分鐘；（3）利用冷卻水在15分鐘內(nèi)把襯底冷卻到室溫。

第三步，沉積CIS。在MBE共蒸系統(tǒng)中運用三步法在退火后的鉬電極上沉積CIS。簡單改變幾次參數(shù)生長后，銅的降溫點出現(xiàn)時間并沒有多大的變化，可以間接表明系統(tǒng)是非常穩(wěn)定的。

第四步，制備緩沖層。利用水浴法在CIS吸收層上沉積一層50nm的CdS緩沖層。

第五步，制備透明導電層。在高真空磁控濺射設備中，先沉積一層50nm的本征氧化鋅，再沉積一層500nm的AZO。本過程運用的濺射電源是射頻的。

第六步，制備電極。在高真空磁控濺射設備中，沉積一層3um厚的鋁電極。

為了研究退火后鉬電極對整個CIS吸收層的影響，先研究了鉬電極對In2Se3的影響。對生長的In2Se3層用XRD分析得圖（a）生長中，圖（b）450℃退火，圖（c）為580℃退火，圖（d）為鉬和CIS吸收層的刨面圖。

2 結(jié)束語

通過以上實驗可以得出，經(jīng)過高溫退火處理的鉬電極，導電性和與玻璃襯底的粘附都得到了加強。并且高溫使得鉬結(jié)構(gòu)變得更密集，但是表面形態(tài)變得粗糙。所以，經(jīng)過高溫退火后，鉬的整體性能得到了改善，更易于CIS乃至CIGS的生長。最后，通過此方法制備一個轉(zhuǎn)換效率為11%的太陽能電池。

參考文獻

[1]P. Jackson， D. Hariskos， E. Lotter，et al.New world record efficiency for Cu（In，Ga）Se2 thin-film solar cells beyond 20%[J].Progress in Photovoltaics： Research and Applications 19 （2011）.894-897.

[2]M. Jubault， L. Ribeaucourt， E. Chassaing，et al.Optimization of molybdenum thin films for electrodeposited CIGS solar cells[J].Solar Energy Materials and Solar cells 95（2011）.S26-S31.

[3]Marika Bodegard， Karin Granath， Lars Stolt， et al. The behaviour of Na implanted into Mo thin-flms during annealing[J].Solar Energy Materials and Solar cells 58（1999）：199-208.

作者簡介：陳昊（1989，10-），男，漢，碩士，華東交通大學。