通过利用MoNa溅射靶优化提升CIGS的性能

所属瑞士联邦材料科学与技术实验室(EMPA)的薄膜与光伏研究室与攀时一同合作,联合研究调查了与高效能CIGS电池相应的的理想溅射参数。

在CIGS吸收层加入少量的钠将会提高CIGS电池的性能。通过利用由钼-钠(MoNa)制成的溅射靶,CIGS厂家们不但可以确保钠的均匀分布,而且可以同时精确控制钠含量。

所属瑞士联邦材料科学与技术实验室(EMPA)的薄膜与光伏研究室与攀时一同合作,联合研究调查了能够达到高效能的理想溅射参数。研究成果:效能水平提升到15%。该项研究成果已被公布在第124期的太阳能材料与太阳能电池期刊中。

我们在溅射实验中,分别测试了钠含量达到原子百分比3,5以及10的靶材。不出所料,钠含量更高的靶材在CIGS吸收层中形成了更高浓度的钠。使用原子百分比10%的靶材沉积的%,厚度300 nm的膜层,在吸收层中所形成的钠含量,要远高于采用无钠靶材沉积在钠钙玻璃上的参照样品。 与钠原子百分比达到5%的靶材相比,厚度更低的钼钠膜层足以取得同样的结果,因此研究人员们使用这种靶材进行进一步实验。

对CIGS电池的性能来讲,正确的溅射参数所起的影响比相应的涂层材料还要大。随着溅射室中氩气压的提升,溅射层的孔隙度与晶粒边界的数量也会增加。钠倾向于集中在晶粒边界上,并通过这些晶粒边界从MoNa膜层传播到CIGS吸收层中。通过优化溅射参数,CIGS中的钠含量几乎能够提高7倍。

本项实验研究还证实了钠能够在低温环境下从MoNa膜层传播到CIGS吸收层中。这意味着MoNa靶材明显适用于要求温度较低的制造工艺,例如在塑料薄膜上生产CIGS太阳能电池。

本研究的详细调查结果已经被发表在太阳能材料与太阳能电池期刊中(Solar Energy Materials & Solar Cells),文章题目是 „Sodium-doped molybdenum back contact designs for Cu(In,Ga)Se2 solar cells“。太阳能材料与太阳能电池期刊,2014,第124期,第10-16页,由Elsevier出版。