太阳能电池窗口层纳米硅薄膜的制备及其光电性能的研究

【摘要】：太阳电池是一种新型的光电器件，人类可以通过它利用清洁的太阳能。对太阳电池材料的研究一直是许多光伏人研究的热门课题。其中对太阳能电池窗口层材料的研究也许多科研人员关注的课题之一。当前的太阳电池中常见的窗口材料有a-Si:H薄膜材料、a-SiC:H薄膜材料、a-SiO:H薄膜材料、μc-Si:H薄膜材料、μc-SiC:H薄膜材料等。它们目前都被尝试用于某种硅薄膜太阳电池，但在某些方面，比如光学带隙、透过率、电导率等性能方面都有或多或少的不足。 纳米材料作为最近二、三十年兴起的一种新型两相结构材料逐渐吸引了科研人员的目光。近几年来，纳米硅薄膜的宽带隙、高透过率、高电导率等优点已被研究人员所证实，它在太阳电池方面的应用研究也正逐渐展开。已有人将纳米硅薄膜用作太阳电池的本征层，但把它作为窗口层的研究还比较少。本文制备一系列纳米硅薄膜，并对其结构及光电性能进行了深入分析和研究，探索其作为太阳能电池窗口层的可行性，本文主要开展了一下几个方面的工作： 1.利用脉冲激光沉积系统，通过改变沉积参数，制备了一系列纳米硅薄膜。 2.通过分析样品的Raman谱、XRD谱等计算出薄膜中晶粒的大小，晶粒在薄膜中所占的体积分数。 3.根据PLD系统的沉积原理，分析了纳米硅薄膜的形成原因。 4.根据样品的透射谱得出了不同条件下制备的纳米硅薄膜的吸收情况并得到出各薄膜的光学带隙。 5.利用扫描电子显微镜和扫描探针显微镜测试样品的形貌，证实其纳米结构。 6.利用半导体测试系统、霍尔效应测试仪测试了薄膜的光电性能。 7.根据太阳电池对窗口层的要求及对实验数据的分析，找出了制备可作为太阳电池窗口层薄膜的最佳条件。 【关键词】：太阳电池窗口层 纳米硅薄膜 脉冲激光沉积 光学带隙 电导率
【学位授予单位】：河南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目录7-9
• 1 绪论9-29
• 1.1 太阳能电池发展的历史背景及现状9-17
• 1.1.1 太阳能电池发展的背景9-10
• 1.1.2 太阳能的分布10
• 1.1.3 太阳能的利用10-11
• 1.1.4 国内外太阳能电池发展的状况11-13
• 1.1.5 太阳能电池的种类13-17
• 1.2 硅薄膜太阳能电池 P 型窗口层材料研究的背景17-19
• 1.2.1 硅薄膜太阳能电池的原理和结构17-18
• 1.2.2 p 型窗口层的研究意义18-19
• 1.3 P 型窗口层材料的种类与制备方法19-24
• 1.3.1 P 型窗口层材料的种类19-22
• 1.3.2 P 型窗口层的制备方法22-24
• 1.4 开题思想和本论文的主要工作24-25
• 参考文献25-29
• 2 试验方法及过程29-47
• 2.1 实验装置及原理29-34
• 2.1.1 PLD 系统装置29-30
• 2.1.2 PLD 的原理30-34
• 2.2 PLD 法沉积薄膜的特点34-35
• 2.3 试验参数对薄膜质量的影响35-37
• 2.3.1 靶材与衬底的间距35-36
• 2.3.2 衬底温度36
• 2.3.3 本底真空度及工作气压36
• 2.3.4 靶材的致密度36
• 2.3.5 脉冲激光能量36
• 2.3.6 脉冲激光重复频率36-37
• 2.3.7 沉积时间37
• 2.3.8 靶材和衬底的转速37
• 2.4 实验材料准备37-38
• 2.4.1 衬底37-38
• 2.4.2 靶材38
• 2.5 实验过程及样品制备38
• 2.6 样品的性能表征38-44
• 2.6.1 X 射线衍射（X-Ray Diffraction，XRD）谱38-39
• 2.6.2 拉曼散射光谱39-41
• 2.6.3 可见-紫外透射光谱41
• 2.6.4 扫描电子显微镜和扫描探针显微镜41-42
• 2.6.5 电导率测试42-43
• 2.6.6 霍尔效应测试43-44
• 参考文献44-47
• 3 实验结果与分析47-65
• 3.1 Raman 测试结果及分析47-49
• 3.2 XRD 谱测试结果与分析49-51
• 3.3 SEM 和 SPM 测试结果与分析51-55
• 3.4 电学性能测试结果与分析55-58
• 3.5 可见-紫外透射光谱测试结果与分析58-61
• 3.6 本章小结61-62
• 参考文献62-65
• 4 结论与展望65-67
• 致谢67-69
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文69-70

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