张晓勇,张琰春,张晓玉,张 森

(1.郑州大学物理工程学院，材料物理教育部重点实验室，郑州 450052； 2.浙江知远工程管理有限公司，杭州 311100)

0 引 言

采用化学水浴法制备的CdS缓冲层铜铟镓硒(Cu(In,Ga)Se2, CIGS)薄膜太阳能电池的光电转换效率已经达到了22.9%[1]，长期保持着各种CIGS电池最高转换效率纪录，这是因为：(1)CdS的禁带宽度介于ZnO和CIGS之间，能够有效调节导带边失调值，提高光生载流子收集率[2]；(2)CdS与CIGS薄膜的晶格失配度较低，能够降低界面缺陷态密度，改善CIGS电池光伏输出特性[3]；(3)反应体系中的氨水溶液可以去除CIGS吸收层表面的氧化物或其他杂质，改善界面状态[4]；(4)Cd2+扩散进入CIGS表面缺陷层，对改善异质结特性具有重要作用[5]。然而，采用化学水浴法制备的CdS薄膜的晶相结构和形成机制仍然存在较大的争议。Fernandod等[6-8]认为调节pH值可以获得立方或六方相CdS，Zhang等[9]则认为pH值对晶相结构没有影响；Wilson等[10-11]认为水浴温度较低时生成立方相CdS薄膜，较高时生成六方相CdS薄膜，Göde等[12]则认为水浴温度对晶相结构没有影响；Vilchis等[13]认为衬底材料影响晶体结构, Moualkia等认为沉积时间等工艺参数与晶相结构无关[14-18]。在形成机制方面，当前文献通常用离子-离子机制(ion-by-ion mechanism)或簇-簇机制(cluster-by-cluster mechanism)对检测结果进行定性说明或归类[19]，而没有从混合溶液中反应粒子的浓度变化规律来定量研究薄膜沉积过程[20]，从而得出具体可靠的结论。

为了澄清上述问题，本文采用化学水浴法在镀Mo玻璃(glass/Mo)衬底上制备了CdS薄膜，并采用相同工艺条件制备了CIGS薄膜太阳能电池中的CdS缓冲层，根据化学平衡动力学计算出混合溶液中反应粒子的初始浓度和pH值，采用台阶仪、SEM、XRD、QE、IV测试仪等对制备样品的薄膜厚度、表面形貌、晶体结构、量子效率和光电转换效率进行表征和分析。……