文档介绍：三源共蒸法制备CIS薄膜及其性能研究
单玉桥，党鹏，孙绍广，单连中，李力，于晓中
(东北大学材料与冶金学院，辽宁沈阳 110004)
摘要：本文用三源共蒸发法以高纯的Cu、In、Se粉为源材料制备了CuInSe2薄膜，研究了基片温mperatures
(a)—100℃; (b)—200℃;(c)—300℃;(d)—400℃
图2为不同基片温度下CIS薄膜的表面形貌。基片温度为100℃时薄膜晶粒都成枝状结构，膜结构比较疏松，结晶较差。基片温度升高到200℃时，结晶状况明显好转，晶粒由枝状变为粒状，晶粒呈细小粒状颗粒均匀分布，但薄膜中还含有较多孔洞。基片温度为300℃时，晶粒呈粒状颗粒均匀分布，晶粒尺寸明显比200℃大，薄膜致密，表面平整，在薄膜的体结构中表现为由柱状晶粒组成的致密结构，孔洞很少，这是蒸发膜较理想的状态。基片温度升高到400℃时，明显出现元素偏析，基片温度较高，很容易造成反蒸发，膜中Se和In元素缺失严重，膜表面也不平整，有大量粒状物存在。
(b)
(a)
(d)
(c)
图2 不同基片温度下CIS薄膜的表面形貌
topography of CIS filmsdeposited at different substrate temperatures
(a)—100℃; (b)—200℃;(c)—300℃;(d)—400℃
图3是不同基片温度下CIS薄膜的吸收光谱。，且差别不大。在300~600nm波长范围内，各基片温度下薄膜的吸收指数没有变化，在600~1000nm范围内，只有基片温度为400℃的薄膜的吸收指数有所下降。基片温度较低时吸收指数相对较高，是由于在低温下沉积元素散失较少，沉积的CIS薄膜元素计量比更接近设计值，容易形成单相CIS薄膜，其他杂质相也相对较少，薄膜厚度比高温下的薄膜厚。基片温度到400℃时，吸收指数在长波区有所下降，是由于基片温度较高，在形成CIS薄膜过程中出现反蒸发现象，元素比失衡严重，光吸收特性变差。
图3 不同基片温度下CIS薄膜的吸收光谱
Absorbency spectra of CIS films deposited at
different substrate temperatures
能隙是太阳电池薄膜的一个重要参数，对于直接带隙半导体材料，光学吸收系数α与能隙Eg有如下关系[8]
αhν=A0(hν-Eg)1/2(2)
式中，A0为常数，hν为光子能量。
吸收系数α可以由吸收指数k根据下面公式计算得出[9]：
α＝4πk/λ (3)
公式中λ为自由空间中光波长。
以(αhν)2为纵坐标，hν为横坐标作曲线，沿曲线的线性部分作切线，与横坐标的交点即为薄膜的能隙Eg[10,11]。图4为基片温度为200℃时薄膜的(αhν)2–hν关系曲线，。
表1是不同基片温度下CIS薄膜的电学性能，可见，薄膜的电阻与基片温度有一定的关系，当基片温度为100℃时CIS薄膜的方块电阻较高，随基片温度升高到200℃~300℃时，薄膜的电阻有所降低，当基片温度为400℃时，薄膜的电阻又增大。基片温度较低时，结晶度较差，晶粒呈枝状结