Annealing time effect on CIGS thin films

Abstract

La película delgada de calcopirita cobre indio galio (di)seleniuro (Cu(In, Ga)Se 2 (CIGS)) se ha examinado como una capa absorbente para células solares debido a su valor de absorción adecuado, estabilidad y economía en la fabricación. Las películas finas CIGS pertenecen al grupo I–III–VI2 de la tabla periódica con la banda prohibida directa adecuada (1,5 eV). En este estudio, las películas delgadas de CIGS se recocieron a ~200 °C durante cuatro tiempos de recocido diferentes (15, 30, 45 y 60 min) para investigar el efecto del tiempo de recocido sobre la estructura cristalina y las propiedades ópticas de las películas delgadas de CIGS preparadas mediante el uso de la técnica de recubrimiento por inmersión sol–gel. Se encontró que las películas finas de CIGS recocidas a ~200 °C durante 60 min tenían las mejores propiedades estructurales y ópticas en este estudio. A medida que el tamaño de los cristalitos aumentó con el aumento en el tiempo de recocido, la deformación de la red disminuyó, lo que indica la eliminación de defectos de cristalitos en la estructura de película delgada de CIGS. Por lo tanto, los cambios estructurales afectaron ligeramente las propiedades ópticas y el aumento de la absorbancia óptica (A%) resultó en una disminución de la transmitancia óptica (T%).Le film mince de (di)séléniure de chalcopyrite cuivre indium gallium (Cu(In, Ga)Se 2 (CIGS)) a été examiné en tant que couche absorbante pour les cellules solaires en raison de sa valeur d'absorption appropriée, de sa stabilité et de son économie de fabrication. Les films minces CIGS appartiennent au groupe I–III–VI2 du tableau périodique avec la bande interdite directe appropriée (1,5 eV). Dans cette étude, les films minces CIGS ont été recuits à ∼200°C pendant quatre temps de recuit différents (15, 30, 45 et 60 min) pour étudier l'effet du temps de recuit sur la structure cristalline et les propriétés optiques des films minces CIGS préparés en utilisant la technique de revêtement par immersion sol–gel. Les films minces CIGS recuits à ∼200°C pendant 60 min se sont avérés avoir les meilleures propriétés structurelles et optiques dans cette étude. Au fur et à mesure que la taille des cristallites augmentait avec l'augmentation du temps de recuit, la déformation du réseau diminuait, indiquant l'élimination des défauts des cristallites dans la structure du film mince CIGS. Par conséquent, les changements structurels ont légèrement affecté les propriétés optiques et l'augmentation de l'absorbance optique (A%) a entraîné une diminution de la transmittance optique (T%).Chalcopyrite copper indium gallium (di)selenide (Cu(In, Ga)Se 2 (CIGS)) thin film has been examined as an absorber layer for solar cells because of its suitable absorption value, stability and economy in manufacture. CIGS thin films belong to the I–III–VI2 group of the periodic table with the appropriate direct bandgap (1.5 eV). In this study, CIGS thin films were annealed at ∼200°C for four different annealing times (15, 30, 45 and 60 min) to investigate the effect of the annealing time on the crystalline structure and optical properties of CIGS thin films prepared by using the sol–gel dip-coating technique. CIGS thin films annealed at ∼200°C for 60 min were found to have the best structural and optical properties in this study. As the crystallite size increased with the rise in the annealing time, the lattice strain decreased, indicating the elimination of crystallite defects in the CIGS thin-film structure. Hence, the structural changes affected the optical properties slightly and the rise in the optical absorbance (A%) resulted in a decrease in the optical transmittance (T%).تم فحص طبقة رقيقة من الكالكوبيرايت النحاس الإنديوم غاليوم (دي)سيلينيد (النحاس (في، غا) سي 2 (سيجس)) كطبقة امتصاص للخلايا الشمسية بسبب قيمة الامتصاص المناسبة والاستقرار والاقتصاد في التصنيع. تنتمي الأغشية الرقيقة CIGS إلى المجموعة I - III - VI2 من الجدول الدوري مع فجوة النطاق الترددي المباشر المناسبة (1.5 فولت). في هذه الدراسة، تم تلدين الأغشية الرقيقة لـ CIGS عند 200 درجة مئوية لأربع مرات تلدين مختلفة (15 و 30 و 45 و 60 دقيقة) للتحقيق في تأثير وقت التلدين على البنية البلورية والخصائص البصرية للأغشية الرقيقة لـ CIGS التي تم تحضيرها باستخدام تقنية الطلاء بالغمس بالجل. تم العثور على أغشية رقيقة من CIGS ملدنة عند 200 درجة مئوية لمدة 60 دقيقة ولها أفضل الخصائص الهيكلية والبصرية في هذه الدراسة. مع زيادة حجم البلورات مع ارتفاع وقت التلدين، انخفض انفعال الشبكة، مما يشير إلى القضاء على عيوب البلورات في بنية الأغشية الرقيقة CIGS. وبالتالي، أثرت التغييرات الهيكلية على الخصائص الضوئية بشكل طفيف وأدى ارتفاع الامتصاصية الضوئية (A٪) إلى انخفاض في النفاذية الضوئية (T٪).