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AZO薄膜的制备及其在太阳能电池中的应用研究

来源:论文学术网
时间:2024-08-18 21:45:35
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AZO薄膜的制备及其在太阳能电池中的应用研究【摘要】:透明导电氧化物薄膜因其具有较高的电导率、可见光透过率较高,在太阳能电池、液晶显示等领域应用广泛。ITO(Sn掺杂InO)薄膜是

【摘要】:透明导电氧化物薄膜因其具有较高的电导率、可见光透过率较高,在太阳能电池、液晶显示等领域应用广泛。ITO(Sn掺杂InO)薄膜是其中最性能最好的一种而得到广泛的应用。然而,按照目前的消耗量,世界上In的储量只能使用18年。另外,ITO薄膜具有毒性,易脆以及在还原性气氛中不稳定等缺点,因此目前需要寻找一种新型透明导电薄膜。AZO(Al掺杂ZnO)薄膜是一种可替代的材料。它具有原料丰富,无毒,在红外区透明度高等优点,因而可被应用在太阳能电池上。但是,相比于ITO薄膜,AZO薄膜的导电性略显不足,有待提高。 本实验利用直流磁控溅射法和溶胶-凝胶法制备AZO透明导电薄膜。我们研究溅射电流、本底真空和退火温度等因素对薄膜电学性能的影响。经优化改进后,AZO透明导电薄膜的电阻率达到3.4×10-4Ωcm,绝对透光率达到90%。研究不同的薄膜退火温度、Al3+掺杂浓度等条件对AZO透明导电膜微 观形貌、电学及光学性能的影响。结果表明,退火温度、Al3+掺杂浓度和预热处理温度都会对薄膜的电性能、光性能产生影响。经优化改进制备的AZO透明导电薄膜的电阻率达到1.8×10-3Ωcm,绝对透光率达到94%。比较使用磁控溅射和溶胶凝胶法制备的AZO薄膜之间的差异,分析其 能级结构,并将这两种方法制备的AZO薄膜作为的透明电极制作钙钛矿型太阳能电池,获得3.6%的光电转换效率。 【关键词】:透明导电薄膜 AZO薄膜 直流磁控溅射 溶胶凝胶 钙钛矿型太阳能电池
【学位授予单位】:清华大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:TM914.4
【目录】:
  • 摘要3-4
  • Abstract4-9
  • 第1章 引言9-16
  • 1.1 TCO薄膜简介9-10
  • 1.2 AZO薄膜简介10-12
  • 1.3 AZO薄膜的制备12-14
  • 1.3.1 磁控溅射法制备AZO薄膜原理13-14
  • 1.3.2 溶胶凝胶法制备AZO薄膜原理14
  • 1.4 钙钛矿型太阳能电池背景14-15
  • 1.5 课题研究内容及研究目标15-16
  • 第2章 直流磁控溅射法制备AZO薄膜16-26
  • 2.1 引言16
  • 2.2 主要原料16
  • 2.3 设备16
  • 2.4 AZO薄膜的制备与检测16-18
  • 2.4.1 溅射AZO薄膜16-17
  • 2.4.2 AZO薄膜的退火处理17
  • 2.4.3 AZO薄膜的表征17-18
  • 2.5 AZO薄膜的性质18-24
  • 2.5.1 本底真空气压对AZO薄膜性能的影响18-19
  • 2.5.2 溅射电流对AZO薄膜性能的影响19-21
  • 2.5.3 退火处理对磁控溅射法制备AZO薄膜性能的影响21-23
  • 2.5.4 磁控溅射法制备AZO薄膜的形貌23-24
  • 2.5.5 磁控溅射法制备AZO薄膜的透光性24
  • 2.6 本章小结24-26
  • 第3章 溶胶凝胶法制备AZO薄膜26-50
  • 3.1 引言26
  • 3.2 主要原料26
  • 3.3 仪器设备26-27
  • 3.4 AZO薄膜的制备与检测27-30
  • 3.4.1 制备AZO薄膜27-29
  • 3.4.2 AZO薄膜的退火处理29
  • 3.4.3 AZO薄膜的表征29-30
  • 3.5 AZO薄膜的性质30-49
  • 3.5.1 AZO溶胶热重(DSC-TGA)分析30-32
  • 3.5.2 不同预热处理温度对AZO薄膜性能的影响32-33
  • 3.5.3 不同单层膜厚度对AZO薄膜性能的影响33
  • 3.5.4 不同退火温度对AZO薄膜性能的影响33-38
  • 3.5.5 不同Al~(3+)掺杂含量对AZO薄膜性能的影响38-43
  • 3.5.6 不同热处理放置方式对AZO薄膜的性能的影响43-47
  • 3.5.7 AZO薄膜的透射电镜图像47-48
  • 3.5.8 溶胶凝胶法和磁控溅射法制备的AZO薄膜比较48-49
  • 3.6 本章小结49-50
  • 第4章 基于AZO薄膜的钙钛矿型太阳能电池50-58
  • 4.1 引言50
  • 4.2 主要原料50
  • 4.3 仪器设备50
  • 4.4 AZO薄膜能级的表征50-53
  • 4.4.1 AZO薄膜的禁带宽度50-52
  • 4.4.2 AZO薄膜的导带位置52-53
  • 4.5 氧化锌纳米棒的生长53-54
  • 4.6 电池的组装54-55
  • 4.7 电池性能测试55-56
  • 4.8 本章小结56-58
  • 第5章 结论58-59
  • 参考文献59-62
  • 致谢62-64
  • 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果64


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