中文摘要：

铜铟镓硒（CIGS）薄膜是CIGS太阳电池的核心材料，其成膜机理与制备方法密切相关。采用化学溶液法制备CIGS薄膜及太阳电池，具有低成本的优势，有利于CIGS薄膜太阳电池的大规模产业化应用。然而对于CIGS薄膜的化学溶液法成膜机理的研究甚少，从前驱体溶液到最终转化为多晶化合物材料的许多演变过程仍不清楚，对其用于太阳电池结构中的一些基础性器件物理问题的研究也有待深入。本项目采用化学溶液法制备CIGS薄膜，应用晶体结构分析、型貌分析、组分分析、光谱分析等手段，研究CIGS材料的成膜机理，理解与之相关的化学反应、晶界、杂质扩散、相变等方面的机制；在此基础上，以最基本的CIGS太阳电池结构为研究对象，研究CIGS吸收层与背电极、窗口层及透明导电层之间的界面特性、PN结形成特性等基础性器件物理问题。本项目的研究，可为CIGS薄膜材料及太阳电池的低成本开发应用提供物理指导和技术途径。

结论摘要：

铜铟镓硒（CIGS）薄膜是CIGS太阳电池的核心材料，其成膜机理与制备方法密切相关。化学溶液法具有低成本的优势，但对于CIGS薄膜的化学溶液法成膜机理的研究甚少，对其用于太阳电池结构中的一些基础性器件物理问题的研究也有待深入。本项目采用化学溶液法制备CIGS薄膜，研究从前驱体溶液到最终转化为多晶化合物薄膜材料的演变过程，以及太阳电池结构中的一些基础物理问题，主要取得以下几方面的研究结果。（1）确定了Cu的硝酸盐、In的氯盐、Ga的氯盐为化学溶液法配制溶液的合适原料；（2）阐明了CIGS的化学溶液法成膜机理，按照从“溶液—初始膜—前驱膜—硒化膜，即CIGS膜”的成膜路径，获得了中间相的演化过程。研究发现，前驱膜中，CuCl是主要的相；硒化过程中CuCl首先与Se反应成为液相Cu2-xSe，进一步InCl3（GaCl3）与Cu2-xSe反应生成CI(G)S，Cl组分以Cl2的形式挥发。其中，Cu2-xSe在CI(G)S的成膜过程中，起到非常关键的作用；（3）完善了硒化工艺，自行研制了一套可双温区操控的快速（RTP）硒化炉系统，获得晶粒超过0.5微米的致密CIGS薄膜。采用此装置还研究了相关的Cu基四元CZTS光伏材料和电池，并取得较好的结果；（4）进一步完善了Mo、CdS、AZO等组成电池结构的其它功能层的制备工作，分析研究了硒化过程中Se与Mo的作用行为， 发现MoSe2在220℃的硒化温度下已经CIGS/Mo界面开始生成；（5）采用最简单的“上下电极+PN结”基本结构制备了CI(G)S原型电池，进一步验证了化学溶液方法的可行性。未经优化，已获得具有超薄吸收层（CIGS层厚度仅约0.5微米）的小面积原型电池效率3.45%，通过增加材料厚度及器件结构优化，效率有望大幅提升。此外，在课题的执行过程中，正式授权1项专利，发表论文9篇；在人才培养方面，有1名博士研究生和1名博士后参与课题。本课题的研究结果，可为CIGS薄膜材料及太阳电池的化学溶液法低成本开发应用提供物理指导和技术途径。