摘要

本文介紹了我們?nèi)A林科納一種通過化學蝕刻來減小吸收器厚度的方法。我們用HBr/Br/Br2/H2O蝕刻來制備2.7~0.5μm之間規(guī)定厚度的CIGSe以及采用石墨爐原子吸收光譜微量分析法測定CIGSe的溶解動力學速率。x射線光電子能譜分析表明，處理表面酸性溴溶液的蝕刻過程提供了一個控制的化學變薄過程，這使得幾乎平坦的表面和非常低的表面Se0 成為可能。

實驗細節(jié)

刻蝕條件：本文的溶液氫溴酸：溴：水配方為0.25molL?1：0.02molL?1，超純?nèi)ルx子水。溶解過程在20±0.5°C下使用40rpm的垂直旋轉(zhuǎn)磁盤系統(tǒng)進行。蝕刻后，樣品在去離子水中沖洗，用氮氣干燥，并在進行XPS實驗時保持在受控制的條件下。

刻蝕溶液分析：在蝕刻過程中，用校準移液管提取少量溶液樣品，并立即用等量的新蝕刻溶液替換。用石墨爐原子吸收光譜儀在提取的樣品組中測量每個溶解階段的溶解產(chǎn)物量。注意：在這項工作中，每個樣品都配有鎵和銅元素。

XPS：在進行表面分析之前，樣品在高純度去離子水(18MΩ厘米)中仔細沖洗，并在N2通量下干燥。XPS表面化學分析是使用Thermo Electron K-Alpha光譜儀中單色Al-Kα射線源(1486.6eV)。充電補償可以用來克服玻璃基板引起的充電效應(yīng)。

實驗結(jié)果和討論

如圖1所示，我們證明了對于每種元素，溶解產(chǎn)物的濃度隨浸沒時間呈線性增加，直到整個CIGSe層溶解時達到穩(wěn)態(tài)值。每個元件的飽和時間相同，那么這就取決于樣品轉(zhuǎn)速、初始CIGSe厚度、溴濃度、浴槽溫度。從圖1中我們可以看出輕微的變化總是在7min左右可感知，然而在第一個近似中，我們可以假設(shè)溶解過程的蝕刻速率恒定?；谠?5.7min處完全溶解的假設(shè)，我們可以確定在本工作中使用的實驗條件下，0.17μmmin?1的恒定速率。因此我們可以肯定蝕刻CIGSe厚度估計與蝕刻持續(xù)時間成正比。

多個實驗結(jié)果表明，非常穩(wěn)定的蝕刻過程與溴在酸性介質(zhì)中的氧化特性有關(guān)。溶解的線性特性導(dǎo)致一旦設(shè)置了槽工程(Br2濃度、溫度、流體動力學條件)，溶解的線性特性就可能會利用可重復(fù)的蝕刻速率。除此之外，初始粗糙度的下降是在蝕刻的第一階段實現(xiàn)的。酸性介質(zhì)中的觀察結(jié)果與在中性介質(zhì)中的觀察結(jié)果相似，這表明一種獨特的水平效應(yīng)控制了非常粗糙的初始CIGSe表面的可重復(fù)扁平化。通過降低粗糙度，界面重組也可以降低。對溶解每個步驟的表面化學的XPS研究表明，酸性溴制劑在幾乎整個蝕刻過程中都保持特定的表面。事實上，在短暫的初始階段后，無論溶解的吸收劑厚度如何，我們都可以認為蝕刻留下了酸性介質(zhì)特有的非常穩(wěn)定的表面化學性質(zhì)。這個特性對于化學工程來說是必不可少的。除了涉及幾十納米的蝕刻的初始步驟，我們說銦、銅、鎵、硒的能量再分配是非?？稍佻F(xiàn)的，如圖1中收集的歸一化光譜所證明的。

結(jié)論

本文證明了酸性溴溶液適用于CIGSe濕式化學稀薄。由于直接蝕刻產(chǎn)物滴定，我們證明了蝕刻機制是恒定的，并迅速達到其靜止狀態(tài)。通過控制水動力條件，可以準確地估計蝕刻速率，同時允許一個定量的厚度溶解預(yù)測。在實現(xiàn)和測試超薄(500nm)CIGSe太陽能電池的框架內(nèi)，我們建立了一種可重復(fù)的通過化學蝕刻來減小吸收器厚度的方法。此外，利用連續(xù)的XPS分析，我們證明了所得到的表面組成是恒定的，這與動力學的準恒定特征相一致。這些結(jié)果表明，光伏裝置的以下過程發(fā)生在一個恒定的化學成分。綜上所述，酸性溴溶液提供了一個很好的化學變薄過程，這適用于CBD硫化鎘沉積之前的氰化鉀處理。我們在酸性介質(zhì)中的方法為制造超薄和納米結(jié)構(gòu)的CIGSe太陽能電池提供了幫助。

審核編輯：符乾江