CuInS2 (CIS)是一種重要的I- III- VI2 族半導(dǎo)體材料，由于具有與太陽(yáng)光譜非常匹配的禁帶寬度(1.55 eV)，光吸收系數(shù)高(>105 cm- 1)，化學(xué)穩(wěn)定性好，低毒性等優(yōu)點(diǎn)而倍受國(guó)內(nèi)外研究者的青睞。以CIS 薄膜為吸收層的太陽(yáng)電池的理論效率為27%~32%，在器件制備方面，Scheer等首次報(bào)道了效率超過(guò)10%的CIS 薄膜太陽(yáng)電池。2001 年，Siemer 等通過(guò)快速熱處理的方法獲得效率達(dá)到11.4%的太陽(yáng)池。Braunger 等[9]則利用共蒸法將效率提高至12.2%。就制備方法而言，目前，用于制備CIS 薄膜吸收層的方法主要有三源共蒸和硫化法，但它們?cè)谥颇さ倪^(guò)程中，工藝復(fù)雜，難以控制，不利于產(chǎn)業(yè)化。

　　單源熱蒸發(fā)技術(shù)是指通過(guò)蒸發(fā)預(yù)先合成的CIS 粉末而在基片上成膜的一種技術(shù)。該技術(shù)應(yīng)用于CIS 薄膜的制備研究，能簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)工藝，避免復(fù)雜的硫化和三源共蒸過(guò)程，有望推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用進(jìn)程。然而，先前的文獻(xiàn)主要集中在CuInSe2薄膜的研究，很少關(guān)于CIS 薄膜的單源蒸發(fā)研究，用該法制備CuInSe2 和CIS 薄膜的研究國(guó)內(nèi)也還未見(jiàn)報(bào)道。

　　本文研究了以燒結(jié)合成的CIS 粉末為原料，采用單源熱蒸發(fā)技術(shù)在鈉鈣玻璃基片上沉積薄膜，通過(guò)熱處理獲得了黃銅礦相CIS 薄膜，研究了不同退火溫度對(duì)薄膜的結(jié)構(gòu)、形貌、組分及光學(xué)性能的影響。

3、結(jié)論

　　以燒結(jié)合成的CIS 粉末為原料，采用單源熱蒸發(fā)技術(shù)在玻璃基底上沉積CIS 薄膜，經(jīng)350℃真空退火后，薄膜表現(xiàn)出高度的(112)晶面擇優(yōu)取向。電學(xué)和光學(xué)性能測(cè)試顯示：薄膜的導(dǎo)電類型為弱N 型，禁帶寬度為1.50 eV，這接近吸收太陽(yáng)光譜所需的最佳禁帶寬度值。該研究在電池器件中的進(jìn)一步深入，有望推動(dòng)薄膜太陽(yáng)電池吸收層CIS 薄膜制備工藝的簡(jiǎn)化。

　　【作者】 王震東； 莫曉亮； 陳國(guó)榮；

　　【Author】 WANG Zhen-dong1,2,MO Xiao-liang1,CHEN Guo-rong1(1.Department of Materials Science,Fudan University,Shanghai 200433,China;2.Department of Physics,Nanchang University,Nanchang 330031,China)

　　【機(jī)構(gòu)】 復(fù)旦大學(xué)材料科學(xué)系； 南昌大學(xué)物理系；

　　【摘要】 本文以燒結(jié)合成的CuInS2粉末為原料,采用單源熱蒸發(fā)技術(shù)在玻璃基底上沉積CuInS2薄膜。隨著退火溫度的升高,薄膜的結(jié)晶性能增強(qiáng),表現(xiàn)出高度的(112)晶面擇優(yōu)取向,SEM觀察顯示:350℃退火后,薄膜致密,晶粒細(xì)小,大小為數(shù)十納米。同時(shí),熱探針測(cè)試發(fā)現(xiàn):薄膜的導(dǎo)電類型為弱N型。光學(xué)性能方面,當(dāng)退火溫度高于250℃時(shí),CuInS2薄膜的禁帶寬度為1.50 eV,接近吸收太陽(yáng)光譜所需的理想禁帶寬度值。

　　【Abstract】 CuInS2 thin film was deposited on the soda-lime glass substrate by single-source thermal evaporation process,where the CuInS2 powder as starting material was synthesized via vacuum sintering.With the increasing annealing temperature,the crystallinity of the film was improved with high(112) preferred orientation.The film annealed at 350℃ became compact with fine grain size down to dozens of nanometers.Moreover,the test result by thermal probe showed the weak N-type conductivity of the film.As to its optical property,the forbidden band width of the CuInS2 thin film annealed at higher than 250℃ is 1.50eV,ie.,approximates to the ideal forbidden band width which is necessary to absorb solar spectrum.

　　【關(guān)鍵詞】 CuInS2粉末； 真空燒結(jié)； CuInS2薄膜； 單源熱蒸發(fā)；

　　【Key words】 CuInS2 powder； vacuum sintering； CuInS2 thin film； single-source thermal evaporation；

　　【基金】 上海市科委科研計(jì)劃項(xiàng)目(No.09DZ1142102);;江西省教育廳科技項(xiàng)目(No.CJJ10380)