反应溅射沉积Zn(O,S)薄膜的全成分调控和光学性能修饰

在传统的ClGS薄膜太阳能电池中,CdS薄膜通常起到缓冲层的作用,但Cd有毒且不环保.无镉缓冲层的研究对于提高ClGS电池的环保性具有重要的现实意义.本工作采用射频反应磁控溅射制备Zn(O,S)薄膜,并研究了薄膜的成分、表面形貌、光学带隙与溅射气氛中氧含量之间的关系.将Ar/O2 流量从0.5 sccm增加到8 sccm时,薄膜中的 S含量从 82%降低到13%.随着溅射气氛中O含量的增加,Zn(O,S)薄膜的O1s结合能从O-Ⅲ(～532 eV)逐渐向 O-Ⅰ(～530 eV)移动,薄膜中的 S 含量逐渐降低的同时出现了 S6+和 S4+.表面形貌表征表明Zn(O,S)可以在ClGS吸收层表面形成致密覆盖.光学带隙具有弯曲特性且在3.07～3.52 eV可调,在 S/(O+S)比为56%时获得了3.07 eV的最小光学带隙值.以溅射法Zn(O,S)作为缓冲层制备的ClGS太阳能电池的转换效率为10.19%,且对光浴处理不敏感.溅射制备的Zn(O,S)薄膜促进了ClGS太阳能电池的工业化应用.