采用脉冲激光沉积法在SiO2衬底上制备了CuGa0.8Ge0.2 Se2薄膜。采用X 射线衍射和X 射线能谱仪研究了退火温度对薄膜晶体结构和成分的影响，利用扫描电子显微镜表征了薄膜的表面形貌，采用紫外—可见分光光度计分析了薄膜的光学特性。结果表明，在CuGaSe2中掺杂Ⅳ族元素Ge，光子吸收能量分别为0.65 和0.92 eV，禁带宽度为1.57 eV，能够形成中间带。并随着退火温度的升高，CuGa0.8Ge0.2 Se2薄膜的光学带隙逐渐减小。

　　中间带太阳能电池是很有潜力的太阳能电池之一，其理论效率最高能达到63.2%，这高于单节太阳能电池的极限效率40.7%，也高于两节叠层太阳能电池的极限效率55.4%。目前实现中间带材料有三种方法：即量子点中间带电池、杂质带电池、高失配合金，其中，利用杂质掺杂形成中间带的方法简单、有效。由于铜基化合物合金的带隙非常接近中间带材料理想禁带宽度，且载流子的寿命也较长，使之成为当前杂质带电池研究的热点。

　　2010年Tablero的理论研究发现，第Ⅳ族元素部分替代CuGaX2( X = S、Se) 中的Ga 或Cu 可形成中间带，转换效率可能达到半导体光伏理论的极限效率。2013年，Yong 等报道了第四族元素Sn 掺杂的GuMS2( M = In，Ga) 纳米颗粒薄膜，通过漫反射光谱与发光谱的结果证实了中间带的存在。尽管人们对铜基化合物CuGaSe2掺杂形成中间带做了许多研究，但是制备中间带的工艺研究较少。本文采用脉冲激光沉积(PLD) 方法，将Ⅳ族元素Ge 掺杂在CuGaSe2中，在钠钙玻璃上沉积一定厚度的纳米薄膜，采用X 射线衍射(XRD) 研究了退火温度对薄膜晶体结构和成分的影响，扫描电镜(SEM) 表征了薄膜的表面形貌，采用紫外-可见分光光度计分析了薄膜的光学特性。

1、实验

　　本实验采用中科院沈阳科学仪器厂生产的PLD-450 型脉冲激光溅射仪，美国相干公司(Coherent Inc. )生产的COMPexPro201 脉冲准分子激光器，工作电压为18 ～27 kV，能量为250 ～700 mJ/脉冲；靶材采用高纯CuGa0. 8Ge0. 2Se2靶材( 纯度99.999%) 。

　　将靶材和钠钙玻璃衬底固定在相应的样品架上，衬底和靶材的距离为5 cm，衬底温度为500℃，系统真空度为6.7 × 10 -5 Pa，激光器工作模式为恒压26 kV，激光能量在250 ～350 mJ，频率为10 Hz。每次更换靶材后，需用挡板挡住衬底，溅射1000 个脉冲，以去除靶材表面氧化层和其它杂质，然后打开挡板，此时靶材开始消熔，通过调节激光的能量以及脉冲次数来控制薄膜的厚度。制备样品退火条件为：氩气保护下，温度分别为400，500，600℃下热处理30 min。

　　物相结构分析采用XRD( 德国BRUKDR，D8-ADVANCE 型) 分析，测试条件为Cukα 辐射，λ =0.154187 nm，电压40.0 kV，电流50 mA，扫描速率10°/min，扫描范围2θ：20° ～80°，通过与标准PDF卡片对照得到样品的物相；薄膜表面观测采用扫描电子显微镜( S-3400 型，日立牌)；薄膜透过及反射率测试采用紫外—可见分光光度计(PerkinElmer 公司，Lambda750S)；薄膜成分分析采用EDS。

3、结论

　　(1) 利用PLD 制备CuGa0.8Ge0.2Se2薄膜，退火温度为600℃时，(112) 择优取向最明显。随着退火温度的升高，CuGa0.8Ge0.2Se2薄膜平均晶粒尺寸逐渐增大，光学带隙逐渐变小，其光学带隙分别为1.6，1.58 和1.57 eV。

　　(2) CuGa0.8Ge0.2Se2中掺杂Ⅳ族元素Ge后形成中间带隙，价带到中间带的光子吸收能量为0.65eV，中间带到导带的光子吸收能量为0.92 eV，禁带宽度为1.57 eV。