热处理对钼电极的影响

摘 要：当前，基于玻璃衬底的CIGS多元化合物薄膜太阳能电池已得到充分的运用，运用三步法生长的CIGS太阳能电池的转化效率已到20.3%。通常CIGS太阳能电池都是用金属钼作为背电极的，文章对高温退火后钼对整个太阳能电池的影响进行了研究。

关键词：热处理；钼电极；影响

基于玻璃衬底的CIGS多元化合物薄膜太阳能电池已得到充分的运用。目前，运用三步法生长的CIGS太阳能电池的转化效率已到20.3%，刷新了新的世界纪录[1]。鉴于这种结构的CIGS太阳能电池，通常都是用金属钼作为背电极的。因为钼电极是用直流电源磁控溅射镀在苏打石灰钠玻璃上，相比于交流或者射频溅射更具有优越性[2]。所以钼电极的接触电阻很低，具有优良的物理性质和化学性质。在整个太阳能电池结构中，钼电极除了作为钼电极外，还应能适应电池吸收层的生长。吸收层的结晶和生长都会受到钼表面结构的影响。为了研究钼电极与玻璃衬底的粘附性，导电性和机械强度等问题，先辈们做了很多相关的试验。但对于高温退火后对钼电极有多大的影响，却没有相关的资料可以考证。

文章将会研究高温退火后钼对整个太阳能电池的影响。为了减少实验的不确定性，文章会把CIGS中的Ga出去，只生长CIS太阳能电池。但是，所得结果依然适用于CIGS太阳能电池。从XRD的分析结果看，高温退火后的钼会先改变In2Se3的前驱体取向，从而改变整个CIS的生长。并且可以证明，高效率的太阳能电池得益于高温退货过程中填充因子的增加[3]。

1 实验

整个太阳能电池的结构为2mm的石灰钠玻璃/1um的钼电极/2.2umCIS吸收层/50nm CdS缓冲层/50nm 本征ZnO/500nm AZO/3um 铝电极。实验过程如下几步：

第一步，用去污粉对玻璃进行清洗，之后用去离子水擦拭冲洗，再之后用氮气对玻璃吹干，放入100℃烤箱烘烤5分钟。

第二步，把处理好的玻璃放入高真空直流溅射设备中。其中，钼靶材与玻璃彻底的距离是80mm，工作气体为氩气。第一层气压为0.5pa，溅射功率为350w，钼厚度为500nm；第二层气压为0.05pa，溅射功率为1000w，钼厚度为500nm。沉积完钼电极后，放入MBE系统中退火。退火过程通常分为3步：（1）用加热炉盘15分钟内把钼衬底升到560℃；（2）保持衬底处于560℃30分钟；（3）利用冷却水在15分钟内把衬底冷却到室温。

第三步，沉积CIS。在MBE共蒸系统中运用三步法在退火后的钼电极上沉积CIS。简单改变几次参数生长后，铜的降温点出现时间并没有多大的变化，可以间接表明系统是非常稳定的。

第四步，制备缓冲层。利用水浴法在CIS吸收层上沉积一层50nm的CdS缓冲层。

第五步，制备透明导电层。在高真空磁控溅射设备中，先沉积一层50nm的本征氧化锌，再沉积一层500nm的AZO。本过程运用的溅射电源是射频的。

第六步，制备电极。在高真空磁控溅射设备中，沉积一层3um厚的铝电极。

为了研究退火后钼电极对整个CIS吸收层的影响，先研究了钼电极对In2Se3的影响。对生长的In2Se3层用XRD分析得图（a）生长中，图（b）450℃退火，图（c）为580℃退火，图（d）为钼和CIS吸收层的刨面图。

2 结束语

通过以上实验可以得出，经过高温退火处理的钼电极，导电性和与玻璃衬底的粘附都得到了加强。并且高温使得钼结构变得更密集，但是表面形态变得粗糙。所以，经过高温退火后，钼的整体性能得到了改善，更易于CIS乃至CIGS的生长。最后，通过此方法制备一个转换效率为11%的太阳能电池。

参考文献

[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：陈昊（1989，10-），男，汉，硕士，华东交通大学。