采用脈沖激光沉積法在SiO2襯底上制備了CuGa0.8Ge0.2 Se2薄膜。采用X 射線衍射和X 射線能譜儀研究了退火溫度對薄膜晶體結構和成分的影響，利用掃描電子顯微鏡表征了薄膜的表面形貌，采用紫外—可見分光光度計分析了薄膜的光學特性。結果表明，在CuGaSe2中摻雜Ⅳ族元素Ge，光子吸收能量分別為0.65 和0.92 eV，禁帶寬度為1.57 eV，能夠形成中間帶。并隨著退火溫度的升高，CuGa0.8Ge0.2 Se2薄膜的光學帶隙逐漸減小。

　　中間帶太陽能電池是很有潛力的太陽能電池之一，其理論效率最高能達到63.2%，這高于單節(jié)太陽能電池的極限效率40.7%，也高于兩節(jié)疊層太陽能電池的極限效率55.4%。目前實現中間帶材料有三種方法：即量子點中間帶電池、雜質帶電池、高失配合金，其中，利用雜質摻雜形成中間帶的方法簡單、有效。由于銅基化合物合金的帶隙非常接近中間帶材料理想禁帶寬度，且載流子的壽命也較長，使之成為當前雜質帶電池研究的熱點。

　　2010年Tablero的理論研究發(fā)現，第Ⅳ族元素部分替代CuGaX2( X = S、Se) 中的Ga 或Cu 可形成中間帶，轉換效率可能達到半導體光伏理論的極限效率。2013年，Yong 等報道了第四族元素Sn 摻雜的GuMS2( M = In，Ga) 納米顆粒薄膜，通過漫反射光譜與發(fā)光譜的結果證實了中間帶的存在。盡管人們對銅基化合物CuGaSe2摻雜形成中間帶做了許多研究，但是制備中間帶的工藝研究較少。本文采用脈沖激光沉積(PLD) 方法，將Ⅳ族元素Ge 摻雜在CuGaSe2中，在鈉鈣玻璃上沉積一定厚度的納米薄膜，采用X 射線衍射(XRD) 研究了退火溫度對薄膜晶體結構和成分的影響，掃描電鏡(SEM) 表征了薄膜的表面形貌，采用紫外-可見分光光度計分析了薄膜的光學特性。

1、實驗

　　本實驗采用中科院沈陽科學儀器廠生產的PLD-450 型脈沖激光濺射儀，美國相干公司(Coherent Inc. )生產的COMPexPro201 脈沖準分子激光器，工作電壓為18 ～27 kV，能量為250 ～700 mJ/脈沖；靶材采用高純CuGa0. 8Ge0. 2Se2靶材( 純度99.999%) 。

　　將靶材和鈉鈣玻璃襯底固定在相應的樣品架上，襯底和靶材的距離為5 cm，襯底溫度為500℃，系統(tǒng)真空度為6.7 × 10 -5 Pa，激光器工作模式為恒壓26 kV，激光能量在250 ～350 mJ，頻率為10 Hz。每次更換靶材后，需用擋板擋住襯底，濺射1000 個脈沖，以去除靶材表面氧化層和其它雜質，然后打開擋板，此時靶材開始消熔，通過調節(jié)激光的能量以及脈沖次數來控制薄膜的厚度。制備樣品退火條件為：氬氣保護下，溫度分別為400，500，600℃下熱處理30 min。

　　物相結構分析采用XRD( 德國BRUKDR，D8-ADVANCE 型) 分析，測試條件為Cukα 輻射，λ =0.154187 nm，電壓40.0 kV，電流50 mA，掃描速率10°/min，掃描范圍2θ：20° ～80°，通過與標準PDF卡片對照得到樣品的物相；薄膜表面觀測采用掃描電子顯微鏡( S-3400 型，日立牌)；薄膜透過及反射率測試采用紫外—可見分光光度計(PerkinElmer 公司，Lambda750S)；薄膜成分分析采用EDS。

3、結論

　　(1) 利用PLD 制備CuGa0.8Ge0.2Se2薄膜，退火溫度為600℃時，(112) 擇優(yōu)取向最明顯。隨著退火溫度的升高，CuGa0.8Ge0.2Se2薄膜平均晶粒尺寸逐漸增大，光學帶隙逐漸變小，其光學帶隙分別為1.6，1.58 和1.57 eV。

　　(2) CuGa0.8Ge0.2Se2中摻雜Ⅳ族元素Ge后形成中間帶隙，價帶到中間帶的光子吸收能量為0.65eV，中間帶到導帶的光子吸收能量為0.92 eV，禁帶寬度為1.57 eV。