CIGS薄膜太阳能电池缓冲层界面有序缺陷化合物的形成及对光伏性能的影响

Cu(In,Ga)Se2（CIGS）薄膜因具有非常高的吸收系数，优异的稳定性以及较高的转换效率而成为目前最有前景的薄膜太阳电池材料。在CIGS电池的开发研究中，缓冲层处于p-n结的核心位置，对电池性具有重要影响。越来越多的研究表明，缓冲层与CIGS薄膜表面间有扩散、键合等强相互作用，缓冲层对CIGS的修饰作用就是这种强相互作用的宏观表现，而界面有序缺化合物（OVC）是上述界面作用在微观尺寸上的结果。研究OVC在界面上的存在形式、分布特征，进而将其与光伏性能之间建立起联系，是正确认识缓冲层对CIGS界面修饰行为的关键，也是进行缓冲层\吸收层界面设计和控制的理论基础。本研究拟通过建立具有代表性界面结构特征的CIGS\ZnS和CIGS\CdS模型，研究其界面有序缺陷化合物的结构特征和光电化学性能二者间的联系。

在CIGS电池的开发研究中，缓冲层处于p-n结的核心位置，对电池性具有重要影响。越来越多的研究表明，缓冲层与CIGS薄膜表层间有扩散、键合等强相互作用，而缓冲层对CIGS的修饰作用就是这种强相互作用的宏观表现。因此，研究CIGS/CdS缓冲层界面上的组成、结构特征，并将其与器件光伏性能之间建立起联系，是正确认识缓冲层对CIGS界面修饰行为的关键。本研究在玻璃上真空溅射Mo层作用基板，在基板上通过涂覆法或电沉积法制备CIGS薄膜，再采用CBD工艺制备CdS薄膜和ZnS薄膜，建立了CIGS\ZnS 和CIGS\CdS 研究模型，针不对不同工艺参数、不同结构特征的缓冲层对器件光伏性能的影响进行了细致的研究。研究发现，缓冲层在薄膜电池器件中具有非常重要的作用，对于电池器件的转换效率有重要的贡献，在相同薄膜制备工艺和器件组装工艺条件下，缺少缓冲层的电池器件转换效率不到正常电池的1/3；此外，CdS和ZnS缓冲层的厚度与ZnO窗口层的厚度在电池器件中有相似的作用机制，较厚的缓冲层和窗口层均有利于获得较高的电池开路电压，但过厚的缓冲层不利于电流收集和整体转换效率；缓冲层与CIGS和ZnO之间存在较强的扩散趋势，当环境温度较高时，这种扩散更加明显。表现在当器件组装过程中或组装完成后受到超过200℃温度，电池就没有转换效率。产生这一结果的根源是，CdS在较高的温度下会通过CIGS/CdS界面快速向CIGS薄膜扩散导至缓冲层消失，也使CIGS薄膜表面层大量掺入Cd2+离子和S2-离子形成较厚的CIGS-CdS有序缺陷化合物界面层，导致电池PN结失效。