ZnO:Al透明导电膜的性能研究及其在薄膜太阳能电池上的应用

【摘要】： 本文采用中频脉冲磁控溅射法，通过优化ZnO：Al薄膜的制备工艺，如靶电压、本底真空度、工作气压、衬底温度、O_2／Ar，得到可用于硅薄膜太阳能电池背电极的ZnO：Al薄膜。通过膜厚、薄膜电阻率、霍尔迁移率、载流子浓度、光透过率、光反射率、薄膜成分、XRD测量，分析薄膜性能，得到最佳的工艺参数：O_2／Ar受沉积速率的影响随各参数变化而变化无固定值，靶电压265V，温度140℃，本底真空度要尽量大，工作气压0.6Pa。 为了优化硅薄膜电池ZnO：Al／Al背反射电极的增反效果，通过理论计算和实验分析，得到反射效果最佳时的膜厚是1000。与背电极紧密接触的n—Si中，n—μc—Si的耐轰击能力较强，与背反射电极的匹配较好，所以在非晶硅电池上应用n—μc—Si可以提高背反射电极的增反效果。 在硅薄膜电池的ZnO：Al／Al背反射电极应用方面，通过减小靶电压、适当增加靶距和基片的运行速度来减小对电池的轰击，改善电池性能，通过优化实验条件，使电池的短路电流提升了3.7mA／cm~2，效率增加了2％，稳定性得到改善。 【关键词】：中频脉冲 电导率 透过率 反射率 界面匹配 短路电流
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：TM914
【目录】：

• 第一章 引言9-16
• 1-1 薄膜太阳能电池9-11
• 1-1-1 薄膜太阳能电池的发展9-10
• 1-1-2 效率与稳定性问题10-11
• 1-1-3 陷光结构11
• 1-1-4 背反射电极11
• 1-2 透明导电氧化物薄膜11-12
• 1-2-1 透明导电膜与透明导电氧化物薄膜11-12
• 1-2-2 研究进展12
• 1-2-3 制备方法12
• 1-2-4 透明导电氧化物薄膜的性能12
• 1-3 氧化锌铝(ZnO:Al)薄膜12-15
• 1-3-1 制备方法12-13
• 1-3-2 氧化锌铝(ZnO:Al)薄膜的结构特性13-14
• 1-3-3 电学性能14
• 1-3-4 光学性能14
• 1-3-5 薄膜太阳能电池上的应用14-15
• 1-4 问题的提出及本课题的主要研究内容15-16
• 第二章 实验方法与仪器设备16-22
• 2-1 制备方法与设备16-18
• 2-1-1 薄膜太阳能电池的制备方法和设备16-17
• 2-1-2 薄膜的制备方法和设备17-18
• 2-2 薄膜性能测试方法及仪器18-22
• 2-2-1 用模拟器测试薄膜太阳能电池的光电转化效率18
• 2-2-2 用椭偏仪测试薄膜厚度18-19
• 2-2-3 用分光光度计测试薄膜透过率和反射率19
• 2-2-4 用霍尔测试仪测试霍尔迁移率和载流子浓度和方块电阻19-20
• 2-2-5 用x-ray衍射仪(XRD)测试材料的晶化率和结晶取向20
• 2-2-6 用x-ray光电子能谱(XPS)测试材料组分20-22
• 第三章 ZnO:Al薄膜性能和制备工艺22-46
• 3-1 制备工艺22
• 3-1-1 传统直流磁控溅射22
• 3-1-2 中频脉冲磁控溅射22
• 3-2 中频脉冲磁控溅射脉冲参数对靶电压的影响22-27
• 3-2-1 反向脉冲时间的影响23-24
• 3-2-2 反向脉冲幅度的影响24
• 3-2-3 脉冲频率的影响24-25
• 3-2-4 溅射功率的影响25
• 3-2-5 工作气压的影响25-26
• 3-2-6 O_2／Ar的影响26
• 3-2-7 靶距的影响26-27
• 3-3 工艺参数对ZnO:Al薄膜性能的影响27-42
• 3-3-1 O_2／Ar的影响27
• 3-3-2 预辉时间的影响27-28
• 3-3-3 靶电压的影响28-33
• 3-3-4 工作气压的影响33-40
• 3-3-5 衬底温度的影响40-42
• 3-3-6 本底真空度的影响42
• 3-4 大面积均匀性问题42-44
• 3-4-1 影响大面积均匀性的因素42-43
• 3-4-2 厚度均匀性和电阻均匀性43-44
• 3-5 ZnO:Al薄膜的衰退问题44-45
• 3-5-1 ZnO:Al薄膜的缺陷导致性能衰退44-45
• 3-5-2 空气中的水气是导致薄膜性能下降的主要外在因素45
• 3-6 本章小结45-46
• 第四章 ZnO／Al背反射电极增反工艺优化46-52
• 4-1 增反原理46
• 4-2 薄膜厚度对增反效果的影响46-49
• 4-2-1 膜厚对薄膜光学性能的影响46-47
• 4-2-2 膜厚对薄膜结构性能的影响47
• 4-2-3 膜厚对薄膜电阻率的影响47
• 4-2-4 理论计算薄膜厚度最佳值47-48
• 4-2-5 薄膜厚度实验优化48-49
• 4-3 n~+／ZnO:Al界面匹配49-51
• 4-3-1 与不同类型的n材料的匹配50
• 4-3-2 n层厚度对增反效果的影响50-51
• 4-4 本章小结51-52
• 第五章 ZnO:Al／Al背反射电极在薄膜太阳能电池上的应用52-59
• 5-1 ZnO:Al在薄膜太阳能电池上的应用52-53
• 5-1-1 非晶硅太阳能电池52
• 5-1-2 微晶硅太阳能电池52-53
• 5-2 ZnO:Al在微晶硅薄膜太阳能电池上的应用53
• 5-2-1 高透过率低电阻率的ZnO:Al透明导电膜53
• 5-2-2 ZnO:Al透明导电膜的厚度53
• 5-3 ZnO:Al背反射电极在薄膜太阳能电池上的应用53-58
• 5-3-1 对电池开路电压(V_(OC))的影响53
• 5-3-2 对电池短路电流(J_(SC))的影响53
• 5-3-3 对电池填充因子(FF)的影响53
• 5-3-4 对电池转化效率(η)的影响53-55
• 5-3-5 非晶硅太阳能电池的制备工艺55-58
• 5-4 背反射电极对太阳能电池稳定性的影响58-59
• 结论59-60
• 参考文献60-63
• 附录A63-64
• 附录B64-65
• 致谢65-66
• 攻读学位期间取得的相关科研成果66

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