通過研究連續Se 離子束輔助磁控濺射技術，在柔性聚酰亞胺基底上沉積形成CIS 薄膜的過程，建立了相應的薄膜沉積模型。在此基礎上，以離子注入深度效應作為研究對象，從擴散均勻性角度進行模擬計算，并與傳統氣相原子沉積方法進行比較。通過比較分析，計算出Se 擴散均勻性為90% 時，采用離子束輔助沉積所需的襯底溫度明顯低于氣相原子沉積所需的襯底溫度。

引言

　　傳統的CIS 薄膜太陽能電池的制備過程中，利用單質Se 蒸氣或化合物H2Se 氣體在真空裝置中進行反應沉積。在沉積或硒化過程中，為了制備高質量CIS 太陽能電池，襯底溫度一般要求在500 ℃ ～ 600 ℃。目前性能最好的聚酰亞胺也只能承受450 ℃左右的溫度，這就對CIS 太陽能電池吸收層在柔性聚酰亞胺上的制備提出了更高的要求。采用Se 離子束輔助磁控濺射沉積技術制備CIS 薄膜太陽能電池，提高反應過程的控制并實現降低襯底溫度的目的。離子的轟擊以及帶電粒子的影響可以顯著提高CIS 薄膜太陽能電池的成膜質量，因此，真空技術網(http://shengya888.com/)認為離子束輔助沉積技術將成為未來在柔性基底上制備CIS 薄膜太陽能電池的研究方向。

　　離子束對薄膜生長過程的影響可以總結為:

　　(1) 發生熱峰機制作用，入射離子束與吸附原子碰撞時，晶格原子接受的能量低于離位閾值，在原點周圍做強烈的振動，形成一個熱峰。幾個相鄰原子發生這種情況，熱峰范圍擴大，使小范圍內的溫度升高，從而在一個相對較低的基底溫度下獲得結晶狀態更好的薄膜;

　　(2) 離子的注入使沉積物和表面獲得更強的粘附并削弱臨界面對成膜質量的影響;

　　(3) 離子的出現以及離子束對基底的轟擊，能顯著的改變薄膜成核的臨界凝聚壓，進而影響沉積過程中薄膜的成核和生長;

　　(4) 增強吸附原的表面遷移和擴散，控制成膜表面的形貌。這些效應對薄膜生長動力學產生了比較顯著的影響，為在低溫下獲得高質量的薄膜提供了可能。

　　在此基礎上，選取離子注入深度效應作為研究對象，從Se 擴散均勻性的角度進行模擬分析，進而估算出采用離子束輔助沉積技術相對于傳統氣相原子沉積技術所降低的基底溫度的數值。

模擬分析

　　連續Se 離子束輔助磁控濺射沉積技術制備CIS 薄膜太陽能電池的裝置如圖1 所示。為了分析離子束輔助對薄膜沉積的影響，采用比較研究的方法。首先對傳統的氣相原子沉積生成薄膜進行分析，主要發生以下過程: (1) 蒸發原子到達并被吸附在生長表面; (2) 沉積原子的擴散。而對于離子束反應沉積過程，相應的假設其發生如下過程: (1) 離子束注入并停留在一個相對穩定的位置; (2) 注入離子的擴散過程。

圖1 連續離子束輔助磁控濺射系統示意圖

1. Se 離子源; 2. 基底; 3. 圓柱式滾筒; 4. 熱源; 5. CuIn 靶; 6. 真空室

結束語

　　通過研究離子束輔助沉積與傳統氣相原子沉積生成CIS 薄膜的過程，從擴散均勻性角度分析，對離子束的注入深度效應進行數值計算。當擴散均勻性相同時，分別估算出兩種沉積方式下基底溫度的不同取值，理論上證明了采用Se 離子束輔助沉積技術實現了降低基底溫度的目的。

　　從擴散均勻性角度出發，選取離子注入深度這一影響薄膜生長的因素，對離子束輔助沉積CIS 過程的數值模擬進行了初步嘗試性的探索。然而，在實際的薄膜沉積過程中，CIS 薄膜的生長是一個相當復雜的物理化學過程，需要進一步更深入的理論機理研究和實驗研究工作，才能掌握薄膜生長的全過程。