Otrzymywanie cienkich warstw absorbera CIGS metodą rozpylania magnetronowego dla zastosowań fotowoltaicznych

• Autorzy: Gułkowski S.

Identyfikatory

DOI

10.7862/rb.2016.263

Warianty tytułu

EN

Preparation of thin layer CIGS absorber by magnetron sputtering technique for photovoltaic applications

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono metodę rozpylania magnetronowego w zastosowaniu do nanoszenia cienkich warstw krystalicznych absorbera CIGS stosowanych w cienkowarstwowych ogniwach słonecznych. Metoda rozpylania magnetronowego jest efektywną metodą produkcji cienkich warstw CIGS. Proces nanoszenia warstw można podzielić na dwie zasadnicze części: pierwsza to tworzenie prekursora CIG, tj. nanoszenie warstw metalicznych miedzi, galu i indu w odpowiednich proporcjach. Etap drugi to krystalizacja absorbera CIGS w wyniku procesu wygrzewania prekursora w obecności selenu. W artykule skupiono się na opracowaniu odpowiednich proporcji poszczególnych pierwiastków wchodzących w skład prekursora. Przebadano następujące konfiguracje nanoszenia poszczególnych warstw absorbera: CuGa/In oraz CuGa/In/Cu. Poszczególne warstwy naniesione zostały na podłoże molibdenowe, stanowiące tylny kontakt ogniwa budowanego na bazie absorbera CIGS. Warstwa molibdenu została przebadana metodą czteroostrzową w celu znalezienia zależności rezystywności od grubości warstwy. Przeprowadzono analizę składu pierwiastkowego warstwy za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego wyposażonego w system EDS. Dla każdej z otrzymanych warstw określono atomowe współczynniki proporcji występowania miedzi oraz galu w składzie warstwy. Na podstawie otrzymanych wyników badań dokonano optymalizacji parametrów technologicznych procesu takich jak: moc katody, ciśnienie oraz czas procesu, a także temperatura. Znaleziono zależności grubości warstw w funkcji czasu nanoszenia dla ustalonych warunków ciśnienia i mocy. Grubości poszczególnych warstw określono na podstawie badań profilometrycznych. W oparciu o opracowane parametry wykonane warstwy prekursora poddawane są obróbce termicznej w celu uzyskania absorbera CIGS.

EN

This paper presents the sputtering magnetron system technology used to thin crystalline absorber deposition as a basic structure of CIGS solar cells. Magnetron sputtering is an effective method of thin CIGS layers production. Deposition process can be divided into two steps: first one is the precursor deposition which consist of deposition process of metallic layers with appropriate composition. Second step consist of crystallization process of CIGS absorber by heating precursor sample in high temperature in selenium ambient. This paper focuses on composition of the precursor structure. Following configuration of the layer structure has been investigated: CuGa/In and CuGa/In/Cu. As a substrate soda lime glass (SLG) covered by thin molybdenum layer deposited with use of sputtering magnetron system was chosen. Back contact Mo layer has been analyzed with use of four point probe in order to find dependence of the sheet resistance on thickness of the layer. With use of scanning electron microscopy with electron dispersive spectroscopy (EDS) system chemical characterization of the layers has been done. For each layer ratios of Cu/(In+Ga) and Ga/(In+Ga) have been calculated. On the basis of measurement results optimization of the technological parameters of the process like cathode power, pressure, temperature and deposition time was done. Dependence of the thickness of the layer in the function of deposition time for a given gas pressure and power has been found. In order to obtain CIGS absorber annealing process of precursor layer is demanded.

Słowa kluczowe

PL

fotowoltaika; ogniwo cienkowarstwowe; absorber CIGS; rozpylanie magnetronowe

EN

photovoltaics; thin film solar cells; CIGS absorber; magnetron sputtering

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej
• Czasopismo: Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury / Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture
• Rocznik: 2016
• Tom: z. 63, nr 4
• Strony: 193--200
• Opis fizyczny: Bibliogr. 5 poz., tab., wykr., zdj.

Twórcy

autor

Gułkowski S.

• Politechnika Lubelska, Wydział Inżynierii Środowiska, Instytut Inżynierii Odnawialnych Źródeł Energii, ul. Nadbystrzycka 38, 20-618 Lublin; tel. [phone]

Bibliografia

• [1] Hegedus S., Luque A.: Handbook of Photovoltaic Science and Engineering. John Wiley & Sons Ltd, Chicheser, 2003.
• [2] Zdyb A., Olchowik, Mucha M.: The Dependence of GsAs and Si Surface Energy on Crystal Planes Misorientation Angle, Materials Science Poland, 24, No 4 (2006) 1109-1114.
• [3] Horowitz H. Fu R. Woodhouse M. An analysis of glass-glass CIGS manufacturing costs. Solar Energy Materials and Solar Cells, vol. 154, 2016, p. 1-10.
• [4] Grudniewski T., Lubańska Z., Czernik S.: Charakterystyka AFM cienkich warstw SnO2 uzyskanych podczas sputteringu magnetronowego przy wybranych warunkach procesu. Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury – Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture, JCEEA, t. XXXII, z. 62 (2/15), 2015, s. 99-106, DOI:10.7862/rb.2015.40.
• [5] Gulkowski S., Krawczak E., Olchowik J.M.: Optimization of Metallic Precursor Thickness Ratio for CIGS Solar Cell Prepared by Magnetron Sputtering Process. Procedings of the 31st EU PVSEC, Hamburg, 2015, p. 1330-1332.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017)