[go: up one dir, main page]

RU2567191C1 - Method of making photosensitive chalcopyrite films - Google Patents

Method of making photosensitive chalcopyrite films Download PDF

Info

Publication number
RU2567191C1
RU2567191C1 RU2014128057/28A RU2014128057A RU2567191C1 RU 2567191 C1 RU2567191 C1 RU 2567191C1 RU 2014128057/28 A RU2014128057/28 A RU 2014128057/28A RU 2014128057 A RU2014128057 A RU 2014128057A RU 2567191 C1 RU2567191 C1 RU 2567191C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cigs
films
film
cuga
annealing
Prior art date
Application number
RU2014128057/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Михаил Вячеславович Гапанович
Геннадий Федорович Новиков
Светлана Ильинична Бочарова
Сергей Михайлович Алдошин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем химической физики Российской академии наук (ИПХФ РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем химической физики Российской академии наук (ИПХФ РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем химической физики Российской академии наук (ИПХФ РАН)
Priority to RU2014128057/28A priority Critical patent/RU2567191C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2567191C1 publication Critical patent/RU2567191C1/en

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: method of producing photosensitive chalcopyrite films includes two steps, where a precursor film is produced at the first step and the precursor film is fired at the second step. The precursors used are intermetallic compounds Cu2In, CuGa2 and indium metal.
EFFECT: invention enables to obtain homogeneous films with good adhesion.
3 cl, 9 dwg

Description

Изобретение относится к технологии создания тонкопленочных экологически чистых солнечных батарей. Изобретение может найти применение при создании солнечных батарей с гетеропереходом Cu1-δIn1-xGaxSe2/CdS. Более конкретно изобретение относится к созданию тонких пленок Cu1-δInxGaxSe2 с градиентом галлия, применяемых в качестве поглощающих слоев в таких устройствах.The invention relates to a technology for creating thin-film environmentally friendly solar cells. The invention may find application in the creation of solar cells with heterojunction Cu 1-δ In 1-x Ga x Se 2 / CdS. More specifically, the invention relates to the creation of thin films of Cu 1-δ In x Ga x Se 2 with a gallium gradient, used as absorbing layers in such devices.

Солнечные элементы, основанные на использовании тонкопленочных (4-5 мкм) материалов, предоставляют возможность существенно увеличить соотношение удельной мощности к массе с одновременным снижением их стоимости, т.к. в силу малой толщины составляющих СЭ появляется возможность их создания на легких и гибких подложках, что значительно упрощает процесс развертывания, уменьшает вес конструкций, снижает стоимость как самих солнечных батарей так и сопутствующих систем. Вместе с тем современные наиболее перспективные для космоса виды тонкопленочных CIGS солнечных элементов пока еще далеки от совершенства, хотя и сравнимы с традиционными кремниевыми по энергоэффективности. Основными кандидатами, удовлетворяющими вышеприведенным условиям, являются такие соединения на базе халькопиритов CIGS (Cu-In-Ga-S, Cu-In-Ga-Se). История технологии Cu-In-Ga-Se началась с вовлечения в исследования корпорации EPV (Energy Photovoltaics, Inc.) в 1991 г. Это были тонкопленочные элементы CuInSe2 (CIS) и Cu(In,Ga)Se2 (CIGS). В апреле 1998 года EPV продемонстрировала некапсулированный модуль CIGS (9,7%, 3100 см2), который производил мощность 24 Вт. Также был создан прототип тандемного модуля a-Si/CIGS. EPV последовательно придерживалась вакуумной технологии производства CIGS. Считалось, что такие слои будут более однородны, менее дефектны, а их производство более безопасным. Эти свойства, предполагалось, снизят себестоимость изделия. В том же 1998 г. субподрядная фирма NREL продемонстрировала рекордный коэффициент преобразования 18,8% (для 0,44 см2).Solar cells based on the use of thin-film (4-5 microns) materials provide an opportunity to significantly increase the ratio of specific power to mass while reducing their cost, because due to the small thickness of the components of solar cells, it is possible to create them on light and flexible substrates, which greatly simplifies the deployment process, reduces the weight of structures, reduces the cost of both the solar panels themselves and associated systems. At the same time, the modern most promising for space types of thin-film CIGS solar cells are still far from perfect, although they are comparable to traditional silicon in energy efficiency. The main candidates satisfying the above conditions are such compounds based on CIGS chalcopyrites (Cu-In-Ga-S, Cu-In-Ga-Se). The history of Cu-In-Ga-Se technology began with the involvement of EPV Corporation (Energy Photovoltaics, Inc.) in research in 1991. These were thin-film elements CuInSe 2 (CIS) and Cu (In, Ga) Se 2 (CIGS). In April 1998, the EPV demonstrated the unencapsulated CIGS module (9.7%, 3100 cm 2 ), which produced 24 watts of power. A prototype a-Si / CIGS tandem module was also created. EPV has consistently adhered to CIGS vacuum technology. It was believed that such layers would be more homogeneous, less defective, and their production safer. These properties were supposed to reduce the cost of the product. In the same 1998, the NREL subcontracting company showed a record conversion factor of 18.8% (for 0.44 cm 2 ).

Работа велась со следующими целями:The work was carried out with the following objectives:

1.) исследование различных способов получения CIGS,1.) the study of various methods for producing CIGS,

2.) получение линейной характеристики,2.) obtaining a linear characteristic,

3.) получение эффективности не менее 15%,3.) obtaining an efficiency of at least 15%,

4.) увеличение рабочей поверхности до 4300 см2,4.) increase in the working surface to 4300 cm 2 ,

5.) контроль отношения Cu/(In+Ga) и Ga/(In+Ga),5.) control of the ratio Cu / (In + Ga) and Ga / (In + Ga),

6.) оптимизация заднего Мо электрода,6.) optimization of the rear Mo electrode,

7.) использование свободного от Cd буферного слоя,7.) using a Cd-free buffer layer,

8.) обеспечение высокой скорости осаждения ZnO,8.) ensuring a high deposition rate of ZnO,

9.) низкие потери при шаблонных операциях.9.) low losses during template operations.

В настоящее время используются три метода получения таких слоев типа CIGS: а) соиспарение [Moharram А Н, Hafiz М М, Salem А. // 2001 Applied Surface Science. 172. р. 61], б) пульверизация и селенизация [Muler J, Nowoczin J, Schmitt H. 2006 // Thin Solid Films. 496. p. 364], в) электроосаждение [Calixto M E, Sebastian P J, Bhattacharya R N, Noufi R. // 1999 Solar Energy Materials and Solar Cells. 59. p. 75.]. Пока техника соиспарения дает наилучшие результаты по эффективности преобразования солнечной энергии. Однако это очень дорогостоящая техника и к тому же при ее использовании трудно масштабировать производство тонкопленочных солнечных элементов (ТСЭ) на панели больших размеров.Currently, three methods are used to obtain such layers of the CIGS type: a) co-evaporation [Moharram AN, Hafiz MM, Salem A. // 2001 Applied Surface Science. 172. p. 61], b) spraying and selenization [Muler J, Nowoczin J, Schmitt H. 2006 // Thin Solid Films. 496. p. 364], c) electrodeposition [Calixto M E, Sebastian P J, Bhattacharya R N, Noufi R. // 1999 Solar Energy Materials and Solar Cells. 59. p. 75.]. So far, the co-evaporation technique gives the best results in terms of solar energy conversion efficiency. However, this is a very expensive technique and, in addition, when using it, it is difficult to scale the production of thin-film solar cells (TSE) on large panels.

Основной трудностью при создании солнечных батарей таким методом является сложность создания слоев фоточувствительных CIGS с градиентом галлия.The main difficulty in creating solar cells using this method is the difficulty of creating layers of photosensitive CIGS with a gallium gradient.

Отсутствие удобных и экономичных способов синтеза таких пленок является существенным препятствием для дальнейшего повышения КПД солнечных батарей на его основе. Кроме того, в мировой литературе практически отсутствуют сведения о влиянии условий отжига на свойства таких пленок.The lack of convenient and economical methods for the synthesis of such films is a significant obstacle to further increase the efficiency of solar panels based on it. In addition, there is practically no information in the world literature on the effect of annealing conditions on the properties of such films.

В заявляемом изобретении раскрывается методика синтеза тонких (~1-2 мкм) пленок Cu1-δInxGa1-xSe2 (0<x<1) с градиентом галлия. Для иллюстрации приводится общая схема синтеза, а также синтез образов состава Cu0.7In0.7Ga0.3Se2 и CuIn0.33Ga0.67Se2.The claimed invention discloses a method for the synthesis of thin (~ 1-2 μm) films of Cu 1-δ In x Ga 1-x Se 2 (0 <x <1) with a gallium gradient. To illustrate, a general synthesis scheme is given, as well as the synthesis of images of the composition Cu 0.7 In 0.7 Ga 0.3 Se 2 and CuIn 0.33 Ga 0.67 Se 2 .

Наиболее близкой к предложенной являются методика, описанная в [Huan-Hsin Sunga, Du-Cheng Tsaia, Zue-Chin Chang et al. // Surface and Coating Technology, 2014, in press], где в качестве прекурсоров CIGS используются сплавы Cu-Ga и металлический индий, а также [Ingrid Repins, Miguel A. Contreras, Brian Egaas et all. // Progress in Photovoltaics: Research and Applications. 2008. V. 16, pp. 235-239], где пленки состава Cu0.7Ino0.7Ga0.3Se2 получаются методом испарения из четырех источников. Эти методики имеют ряд существенных недостатков. Первая из них использует в качестве прекурсоров неравновесную систему металлов Cu-In-Ga, что не позволяет получать пленки CIGS с целостной структурой и приемлемой адгезией [Гапанович М.В., Один И.Н., Новиков Г.Ф., // Неорганические материалы. 2014, в печати]. А вторая методика достаточно дорогостоящая, к тому же не позволят получать пленки большой площади.Closest to the proposed are the methodology described in [Huan-Hsin Sunga, Du-Cheng Tsaia, Zue-Chin Chang et al. // Surface and Coating Technology, 2014, in press], where Cu-Ga alloys and metallic indium are used as CIGS precursors, as well as [Ingrid Repins, Miguel A. Contreras, Brian Egaas et all. // Progress in Photovoltaics: Research and Applications. 2008. V. 16, pp. 235-239], where films of the composition Cu 0.7 Ino 0.7 Ga 0.3 Se 2 are obtained by evaporation from four sources. These techniques have a number of significant drawbacks. The first of them uses a non-equilibrium system of Cu-In-Ga metals as precursors, which does not allow producing CIGS films with a holistic structure and acceptable adhesion [Gapanovich MV, Odin I.N., Novikov G.F., // Inorganic materials. 2014, in print]. And the second technique is quite expensive, in addition, they will not allow to obtain films of a large area.

Отличительной особенностью предложенной нами методики является использование в качестве прекурсоров CIGS систем, близких к равновесным, при температуре селенизации, например CuGa2-Cu2In-In. Это позволяет создавать однородные пленки с приемлемой адгезией. Кроме того, использование строго фиксированной массы селена в реакторе позволят добиться воспроизводимости электрофизических свойств образцов. Предлагаемая технология является масштабируемой и потенциально более дешевой, чем предложенная в [Ingrid Repins, Miguel A. Contreras, Brian Egaas et al. // Progress in Photovoltaics: Research and Applications. 2008. V. 16, pp. 235-239].A distinctive feature of our proposed technique is the use of equilibrium equilibrium CIGS systems as precursors at a selenization temperature, for example CuGa 2 -Cu 2 In-In. This allows you to create uniform films with acceptable adhesion. In addition, the use of a strictly fixed mass of selenium in the reactor will allow reproducibility of the electrophysical properties of the samples. The proposed technology is scalable and potentially cheaper than that proposed in [Ingrid Repins, Miguel A. Contreras, Brian Egaas et al. // Progress in Photovoltaics: Research and Applications. 2008. V. 16, pp. 235-239].

Общая схема синтеза представлена на фиг. 1. Значения x и δ лежат в диапазоне 0<x<1, 0<δ<1.The general synthesis scheme is shown in FIG. 1. The values of x and δ lie in the range 0 <x <1, 0 <δ <1.

Синтез состоит из нескольких этапов. На первом этапе методом прямого синтеза в вакуумированных кварцевых ампулах получают интерметаллиды Cu2In и CuGa2.The synthesis consists of several stages. At the first stage, intermetallic compounds Cu 2 In and CuGa 2 are obtained by direct synthesis in evacuated quartz ampoules.

На втором этапе проводят напыление прекурсоров наподложку методом вакуумного термического или магнетронного напыления. Необходимые количества прекурсоров рассчитываются исходя из схемы, приведенной на фиг. 1. Для создания градиента галлия в пленке CIGS прекурсоры напыляют в следующей последовательности: подложка/CuGa2/Cu2In/In. At the second stage, the precursors are sputtered onto a substrate by vacuum thermal or magnetron sputtering. The required number of precursors are calculated based on the circuit shown in FIG. 1. To create a gallium gradient in a CIGS film, precursors are sprayed in the following sequence: substrate / CuGa 2 / Cu 2 In / In.

На третьем этапе проводится отжиг прекурсоров в трехзонной печи (фиг. 2).At the third stage, precursors are annealed in a three-zone furnace (Fig. 2).

Реактор представляет собой кварцевую трубку, запаянную с одного конца и имеющую крышку с вакуумным краном. Отжиг проводится в вакууме.The reactor is a quartz tube sealed at one end and having a lid with a vacuum tap. Annealing is carried out in vacuum.

Температуры зон I и III составляют T1=700°C, в зоне II поддерживалась температура Т2=550°С. Первым проводится нагрев зон I и III. Время нагрева t1=10 мин. Далее нагревается зона II t2=5 мин.The temperatures of zones I and III are T 1 = 700 ° C; in zone II, the temperature T 2 = 550 ° C was maintained. The first is the heating of zones I and III. Heating time t 1 = 10 min. Then, zone II t 2 = 5 min is heated.

Полученную на предыдущем этапе прекурсорную пленку помещают в зону II одновременно с фиксированным количеством селена и малыми (~5 мг) количествами металлического галлия и индия. Требуемое количество селена определяется стехиометрией конечной пленки и характеристиками реактора. Наличие металлических галлия и индия в зоне реакции необходимо для предотвращения возможных потерь данных элементов в прекурсорной пленке из-за образования летучих соединений [Wei Liu, Jian-Guo Tian, Zu-Bin Li et al. // Semicond. Sci. Technol.. 2009. V. 24. 035019 (4 pp.)]. Для используемого нами реактора с длиной L=45 см и объемом V=150 см3 при синтезе пленки состава Cu0.7In0.7Ga0.3Se2 требуемая масса селена m(Se)=30 мг.The precursor film obtained in the previous step is placed in zone II simultaneously with a fixed amount of selenium and small (~ 5 mg) amounts of metallic gallium and indium. The required amount of selenium is determined by the stoichiometry of the final film and the characteristics of the reactor. The presence of metallic gallium and indium in the reaction zone is necessary to prevent possible loss of these elements in the precursor film due to the formation of volatile compounds [Wei Liu, Jian-Guo Tian, Zu-Bin Li et al. // Semicond. Sci. Technol .. 2009. V. 24. 035019 (4 pp.)]. For the reactor used by us with a length L = 45 cm and a volume V = 150 cm 3 during the synthesis of a film of the composition Cu 0.7 In 0.7 Ga 0.3 Se 2, the required mass of selenium is m (Se) = 30 mg.

Для создания фоточувствительных пленок CIGS наиболее оптимальным является время отжига 25-30 мин. При больших временах отжига происходит гомогенизация пленки и исчезновение градиента галлия.To create CIGS photosensitive films, the most optimal annealing time is 25-30 minutes. At long annealing times, the film is homogenized and the gallium gradient disappears.

Заявляемое изобретение иллюстрируется, но никак не ограничивается следующими примерами.The invention is illustrated, but not limited to the following examples.

Пример 1. Синтез пленки CIGS состава Cu0.7In0.7Ga0.3Se2 толщиной d=1 мкмExample 1. Synthesis of a CIGS film of composition Cu 0.7 In 0.7 Ga 0.3 Se 2 with a thickness of d = 1 μm

На образцах именно данного состава в мире был достигнут максимальный КПД солнечной батареи данного типа [Ingrid Repins, Miguel A. Contreras, Brian Egaas et all. // Progress in Photovoltaics: Research and Applications. 2008. V. 16, pp. 235-239].On samples of this particular composition in the world, the maximum efficiency of a solar battery of this type was achieved [Ingrid Repins, Miguel A. Contreras, Brian Egaas et all. // Progress in Photovoltaics: Research and Applications. 2008. V. 16, pp. 235-239].

Общая схема синтеза приведена на фиг. 3.The general synthesis scheme is shown in FIG. 3.

Расчет массы прекурсоров:Calculation of the mass of precursors:

При плотности CIGS ρ=5,6 г/см3 при термическом распылении из испарителя в форме ленты с расстояния R=7 см для получения пленки толщиной d=1 мкм потребовалось быAt a CIGS density of ρ = 5.6 g / cm 3 , thermal spraying from a tape-shaped evaporator from a distance of R = 7 cm would require a film with a thickness of d = 1 μm

m=2·π·ρ·R2d=2·1416·5.6·49·10-4=0.1724 г CIGS. Молярная масса Cu0.7In0.7Ga0.3Se2 Mr(CIGS)=303.6 г/моль, Mr(Cu2In)=241.8 г/моль, Mr(CuGa2)=202.9, Mr(In)=114.8m = 2 · π · ρ · R 2 d = 2 · 1416 · 5.6 · 49 · 10 -4 = 0.1724 g CIGS. Molar mass Cu 0.7 In 0.7 Ga 0.3 Se 2 Mr (CIGS) = 303.6 g / mol, Mr (Cu 2 In) = 241.8 g / mol, Mr (CuGa 2 ) = 202.9, Mr (In) = 114.8

Требуемые количества прекурсоров рассчитывают исходя из схемы на фиг. 3. При массе m(CIGS)=0.1724 гThe required number of precursors is calculated based on the circuit of FIG. 3. With mass m (CIGS) = 0.1724 g

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

Соответственно толщины слоевAccordingly, the thickness of the layers

Figure 00000004
Figure 00000004

Figure 00000005
Figure 00000005

Figure 00000006
Figure 00000006

Напыление проводилось последовательно на подложки стекло и стекло/молибден (5×5 см) из вольфамовых тиглей при Т~1500°C в вакууме при остаточном давлении 8·10-7 мм рт.ст. Для равномерного напыления использовалось вращение подложки.The deposition was carried out sequentially on glass and glass / molybdenum substrates (5 × 5 cm) from tungsten crucibles at T ~ 1500 ° C in vacuum at a residual pressure of 8 · 10 -7 mm Hg. For uniform deposition, rotation of the substrate was used.

Структура полученных прекурсорных пленок была следующей: стекло/Мо/CuGa2/Cu2In/In.The structure of the obtained precursor films was as follows: glass / Mo / CuGa 2 / Cu 2 In / In.

Из полученных образцов вырезались куски размером 2×2 см, далее проводился их отжиг в трехзонной печи. Время отжига варьировалось от 15 до 90 мин. Масса селена в реакторе - от 10 до 100 мг.Pieces 2 × 2 cm in size were cut from the obtained samples, then annealed in a three-zone furnace. Annealing time ranged from 15 to 90 minutes. The mass of selenium in the reactor is from 10 to 100 mg.

Образование пленки CIGS подтверждено методом РФА. Фоточувствителыюсть образцов исследована методом фотоэлектрохимических ячеек (PEC) [J.J. Scragg, P.J. Dale, L.М. Peter et al. // Phys. Stat. Sol. (b). 2008. V. 245. No 9. P. 1772-1778.]. Освещение образцов проводилось ртутной лампой ДРШ-250 при Р=100 мВт/см2. Для уменьшения свечения в ИК- и УФ-областях применялись светофильтры. В качестве активного электролита использовали 0.1 М водный раствор Eu(No3)3.CIGS film formation was confirmed by XRD. Photosensitivity of samples was studied by the method of photoelectrochemical cells (PEC) [JJ Scragg, PJ Dale, L.M. Peter et al. // Phys. Stat. Sol. (b). 2008. V. 245. No 9. P. 1772-1778.]. The samples were illuminated with a DRSh-250 mercury lamp at P = 100 mW / cm 2 . To reduce the glow in the IR and UV regions, light filters were used. A 0.1 M aqueous solution of Eu (No 3 ) 3 was used as an active electrolyte.

Из фиг. 4 (1-15 мин, 2-30 мин, 3-60 мин, 4-90 мин, 5-120 мин.) и фиг. 5 (1-15 мин, 2-30 мин, 3-90 мин) видно, что при увеличении времен отжига фазовый состав пленок не меняется (сингония тетрагональная (I-42d), параметры решетки. a=5.760 (4), c=11.59 (3)), однако амплитуда фототока при освещении меняется нелинейно. Максимум наблюдается при временах отжига 15-30 мин. При более длительном отжиге наблюдается уменьшение фоточувствительности. Наблюдаемое явление можно связать с равномерным распределением галлия по толщине пленки.From FIG. 4 (1-15 minutes, 2-30 minutes, 3-60 minutes, 4-90 minutes, 5-120 minutes) and FIG. 5 (1-15 min, 2-30 min, 3-90 min) it can be seen that with increasing annealing times the phase composition of the films does not change (tetragonal syngony (I-42d), lattice parameters. A = 5.760 (4), c = 11.59 (3)), but the amplitude of the photocurrent under illumination varies nonlinearly. The maximum is observed at annealing times of 15-30 min. With longer annealing, a decrease in photosensitivity is observed. The observed phenomenon can be associated with a uniform distribution of gallium over the film thickness.

На фиг. 6 приведены данные РЕС в зависимости от массы селена в реакторе. Время отжига 30 мин.In FIG. 6 shows the RES data depending on the mass of selenium in the reactor. Annealing time 30 min.

Из фиг. 6 видно, что амплитуда фототока максимальна для образцов, полученных при массе селена в реакторе m(Se)=30 мг. На фиг. 7 приведены результаты РЕС для образцов, полученных при аналогичных условиях (1 и 2), а также данные для образца CIGS полученного в Chung Gang University, Тайвань, методом испарения из четырех источников (КПД солнечного элемента на основе данного образца η~10%). Из фиг. 7 видно, что возрастание амплитуды фототока для данных образцов сопоставимо.From FIG. Figure 6 shows that the amplitude of the photocurrent is maximum for samples obtained with a selenium mass in the reactor of m (Se) = 30 mg. In FIG. Figure 7 shows the RES results for samples obtained under similar conditions (1 and 2), as well as data for a CIGS sample obtained at Chung Gang University, Taiwan, by evaporation from four sources (solar cell efficiency based on this sample η ~ 10%). From FIG. Figure 7 shows that the increase in the amplitude of the photocurrent for these samples is comparable.

Данный пример иллюстрирует возможность синтеза высококачественных пленок CIGS состава Cu0.7In0.7Ga0.3Se2 более простым методом, чем описанные в литературе, метод испарения из четырех источников.This example illustrates the possibility of synthesizing high-quality CIGS films of the composition Cu 0.7 In 0.7 Ga 0.3 Se 2 by a simpler method than the evaporation method from four sources described in the literature.

Пример 2. Синтез пленки CIGS состава CuIn0.33Ga0.67Se2 толщиной d=1 мкмExample 2. Synthesis of a CIGS film of composition CuIn 0.33 Ga 0.67 Se 2 with a thickness of d = 1 μm

Общая схема синтеза приведена на фиг. 8.The general synthesis scheme is shown in FIG. 8.

Расчет массы прекурсоров:Calculation of the mass of precursors:

При плотности CIGS ρ=5,6 г/см3 при термическом распылении из испарителя в форме ленты с расстояния R=7 см для получения пленки толщиной d=1 мкм потребовалось быAt a CIGS density of ρ = 5.6 g / cm 3 , thermal spraying from a tape-shaped evaporator from a distance of R = 7 cm would require a film with a thickness of d = 1 μm

m=2·π·ρ·R2d=2·3.1416·5.6·49·10-4=0.1724 г CIGS. Молярная масса CuIn0.33Ga0.67Se2 Mr(CIGS)=306.3 г/моль, Mr(Cu2In)=241.8 г/моль, Mr(CuGa2)=202.9, Mr(In)=114.8m = 2 · π · ρ · R 2 d = 2 · 3.1416 · 5.6 · 49 · 10 -4 = 0.1724 g of CIGS. Molar mass CuIn 0.33 Ga 0.67 Se 2 Mr (CIGS) = 306.3 g / mol, Mr (Cu 2 In) = 241.8 g / mol, Mr (CuGa 2 ) = 202.9, Mr (In) = 114.8

Требуемые количества прекурсоров рассчитываются исходя из схемы на фиг. 8. При массе m(CIGS)=0.1724 гThe required number of precursors is calculated based on the circuit of FIG. 8. With mass m (CIGS) = 0.1724 g

Figure 00000007
Figure 00000007

Figure 00000008
Figure 00000008

Соответственно толщины слоевAccordingly, the thickness of the layers

Figure 00000009
Figure 00000009

Figure 00000010
Figure 00000010

Напыление проводилось последовательно на подложки стекло и стекло/ молибден (5×5 см) из вольфамовых тиглей при Т~1500°C в вакууме при остаточном давлении 8·10-7 мм рт.ст. Для равномерного напыления использовалось вращение подложки.The deposition was carried out sequentially on glass and glass / molybdenum substrates (5 × 5 cm) from tungsten crucibles at T ~ 1500 ° C in vacuum at a residual pressure of 8 · 10 -7 mm Hg. For uniform deposition, rotation of the substrate was used.

Структура полученных прекурсорных пленок была следующей: стекло/Мо/CuGa2/Cu2In.The structure of the obtained precursor films was as follows: glass / Mo / CuGa 2 / Cu 2 In.

Из полученных образцов вырезались куски размером 2×2 см, далее проводился их отжиг в трехзонной печи. Время отжига 30 мин. Масса селена в реакторе - 30 мг.Pieces 2 × 2 cm in size were cut from the obtained samples, then annealed in a three-zone furnace. Annealing time 30 min. The mass of selenium in the reactor is 30 mg.

Образование пленки CIGS подтверждено методом РФА (фиг. 9).CIGS film formation was confirmed by XRD (Fig. 9).

Сингония тетрагональная (I-42d), параметры кристаллической решетки a=5.659 (5), c=11.19(3), a/c=1.98.Tetragonal syngony (I-42d), crystal lattice parameters a = 5.659 (5), c = 11.19 (3), a / c = 1.98.

Данный пример иллюстрирует возможность синтеза однофазных пленок других составов.This example illustrates the possibility of synthesizing single-phase films of other compositions.

Таким образом, в заявляемом изобретении раскрывается методика синтеза высококачественных фоточувствительных пленок CIGS с градиентом галлия. Данная методика может быть полезной при создании высокоэффективных экологически чистых тонкопленочных солнечных батарей нового поколения.Thus, the claimed invention discloses a method for synthesizing high-quality gallium gradient CIGS photosensitive films. This technique can be useful in creating high-performance, environmentally friendly thin-film solar panels of a new generation.

Claims (3)

1. Способ получения фоточувствительных халькопиритных пленок, включающий два этапа, при этом на первом этапе получают прекурсорную пленку, а на втором проводят ее отжиг, отличающийся тем, что на первом этапе в качестве прекурсоров используют интерметаллиды CuGa2, Cu2In и металлический индий.1. A method for producing photosensitive chalcopyrite films, which includes two stages, the first stage receiving a precursor film, and the second stage annealing it, characterized in that the first stage uses intermetallic compounds CuGa 2 , Cu 2 In and metal indium. 2. Способ получения по п. 1, отличающийся тем, что процесс проводится в парах селена.2. The production method according to p. 1, characterized in that the process is carried out in selenium vapor. 3. Способ получения по п. 1, отличающийся тем, что отжиг проводят в трехзонной печи. 3. The production method according to claim 1, characterized in that the annealing is carried out in a three-zone furnace.
RU2014128057/28A 2014-07-10 2014-07-10 Method of making photosensitive chalcopyrite films RU2567191C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014128057/28A RU2567191C1 (en) 2014-07-10 2014-07-10 Method of making photosensitive chalcopyrite films

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014128057/28A RU2567191C1 (en) 2014-07-10 2014-07-10 Method of making photosensitive chalcopyrite films

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2567191C1 true RU2567191C1 (en) 2015-11-10

Family

ID=54536924

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014128057/28A RU2567191C1 (en) 2014-07-10 2014-07-10 Method of making photosensitive chalcopyrite films

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2567191C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2682836C1 (en) * 2018-05-29 2019-03-21 Общество с ограниченной ответственностью "Солартек" Method of manufacturing a chalcopyrite-based translucent thin-film solar module

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5389572A (en) * 1993-02-15 1995-02-14 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Process of making chalcopyrite structure semiconductor film
US5725671A (en) * 1994-04-18 1998-03-10 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Apparatus for manufacturing chalcopyrite film
RU2212080C2 (en) * 2001-11-16 2003-09-10 Государственное научное учреждение "Институт электроники НАН Беларуси" PROCESS OF MANUFACTURE OF CHALCOPYRITE CuInSe2,Cu(In,Ga)Se2,CuGaSe2 THIN FILMS
US6660538B2 (en) * 2001-10-29 2003-12-09 Energy Photovoltaics Non-contacting deposition control of chalcopyrite thin films

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5389572A (en) * 1993-02-15 1995-02-14 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Process of making chalcopyrite structure semiconductor film
US5725671A (en) * 1994-04-18 1998-03-10 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Apparatus for manufacturing chalcopyrite film
US6660538B2 (en) * 2001-10-29 2003-12-09 Energy Photovoltaics Non-contacting deposition control of chalcopyrite thin films
RU2212080C2 (en) * 2001-11-16 2003-09-10 Государственное научное учреждение "Институт электроники НАН Беларуси" PROCESS OF MANUFACTURE OF CHALCOPYRITE CuInSe2,Cu(In,Ga)Se2,CuGaSe2 THIN FILMS

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2682836C1 (en) * 2018-05-29 2019-03-21 Общество с ограниченной ответственностью "Солартек" Method of manufacturing a chalcopyrite-based translucent thin-film solar module
WO2019231350A1 (en) 2018-05-29 2019-12-05 Obshchestvo S Ogranichennoi Otvetstvennost'iu "Solartek" A method of manufacturing see-through thin-film cigs solar module

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Shi et al. Fabrication of Cu (In, Ga) Se2 thin films by sputtering from a single quaternary chalcogenide target
US9087954B2 (en) Method for producing the pentanary compound semiconductor CZTSSe, and thin-film solar cell
US8747706B2 (en) Cu—In—Zn—Sn-(Se,S)-based thin film for solar cell and preparation method thereof
TW201138144A (en) Method of manufacturing solar cell
EP2876696B1 (en) Method for preparing copper indium gallium selenide film solar cell
CN101632154B (en) Method for preparing Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ2 compound film by one-step metal-organic chemical vapor deposition process
TW201123465A (en) Photoelectric conversion device, method for producing the same, and solar battery
Zhang et al. The effects of annealing temperature on CIGS solar cells by sputtering from quaternary target with Se-free post annealing
CN102694077B (en) A kind of preparation method of copper indium gallium selenide thin film solar cell
Regmi et al. Unravelling the intricacies of selenization in sequentially evaporated Cu (In, Ga) Se2 Thin film solar cells on flexible substrates
Chang et al. An investigation of CuInGaSe2 thin film solar cells by using CuInGa precursor
CN102628161A (en) Method for making semiconducting film and photovoltaic device
US20140256082A1 (en) Method and apparatus for the formation of copper-indiumgallium selenide thin films using three dimensional selective rf and microwave rapid thermal processing
RU2567191C1 (en) Method of making photosensitive chalcopyrite films
WO2012165860A2 (en) METHOD OF MANUFACTURING CIGS THIN FILM WITH UNIFORM Ga DISTRIBUTION
JP5378534B2 (en) Method for producing chalcopyrite type compound thin film and method for producing thin film solar cell using the same
US10727366B2 (en) Solar cell comprising CIGS light absorbing layer and method for manufacturing same
KR101388458B1 (en) Preparation method for cigs thin film using rapid thermal processing
JPWO2014064823A1 (en) Method for producing semiconductor film, solar cell and chalcopyrite compound
CN103258896A (en) Manufacturing technology of soft CIGS thin film solar cell absorbing layer
US8632851B1 (en) Method of forming an I-II-VI2 compound semiconductor thin film of chalcopyrite structure
CN102005487A (en) Light absorption layer material for flexible thin film solar cell and preparation method thereof
US20140261651A1 (en) PV Device with Graded Grain Size and S:Se Ratio
Ma et al. Preparation and characterization of Cu (In, Ga) Se2 thin films via direct heating selenium-ion containing precursors
Frantz et al. Recent progress in sputtered Cu (In, Ga) Se2 absorbers for photovoltaics