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溅射功率对ZnMgO薄膜及其CIGS太阳电池的影响

无Cd缓冲层，ZnMgO薄膜，CIGS太阳电池

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CIGS薄膜太阳电池中，通常采用CBD沉积CdS作为缓冲层形成异质结。但由于CdS光学带隙较窄，且Cd有毒，所以ZnMgO以其无毒宽带隙连续可调引起人们的关注。本文通过射频磁控溅射工艺制备了ZnMgO薄膜及其RF-ZnMgO/CIGS异质结太阳电池，研究了溅射功率对薄膜及其电池性能的影响。同时结合wxAMPS仿真软件研究了ZnMgO对器件性能影响的主要因素。
测试结果表明溅射功率的变化主要影响薄膜的成分、粗糙程度、沉积速率和结晶质量。通过拟合带隙得知，随着溅射功率的增大，ZnMgO薄膜的光学带隙变小，这说明ZnMgO薄膜中Mg元素的含量是逐渐变少的。功率的增大使ZnMgO的衍射峰有向高衍射角移动的趋势，这是由于c轴的晶格常数随着Mg的流失而减小。同时高功率下沉积粒子能量增加，结晶性能改善使得衍射峰强度增强。同时，溅射功率的增大会导致ZnMgO薄膜表面团簇颗粒增大。这是由于溅射功率增大，沉积速率变快，沉积到吸收层表面粒子能量增加。此外，wxAMPS仿真结果表明，低功率下会在ZnMgO/CIGS界面形成较大的CBO，对载流子的输运产生阻碍，器件性能降低。而高功率下降低了势垒，减少了界面复合，使得器件性能改善。但功率继续增大，器件参数会降低，主要是由于高功率对吸收层表面造成的等离子轰击损失所致。