用于硅薄膜太阳电池的绒面ZnO透明导电膜的研究

摘要

本文利用中频脉冲磁控溅射技术，以掺杂Al 2wt％的Zn:Al合金靶为靶材，研究了用于硅薄膜太阳电池的ZnO:Al(ZAO)透明导电薄膜，主要完成了以下几方面的工作： 1、本实验使用的是美国AE公司的中频脉冲电源，采用中频脉冲磁控溅射的方法，首先在玻璃衬底上制备平面透明导电薄膜。研究了衬底温度、溅射功率、工作压力等沉积条件对平面ZAO薄膜电学、光学、以及结构性能的影响。结果表明：随着衬底温度(截至到220℃)的升高，溅射功率的增大，工作压力的降低，薄膜电特性得到明显改善。在实验和分析的基础上确定了制备平面ZAO薄膜的最优化工艺条件：衬底温度为220℃，溅射功率为160W，工作压力为292.6mPa。制备出的ZAO薄膜的方块电阻为6Ω，电阻率为3.0×10<'-4>Ωcm，载流子浓度为6.95×10<'20>/cm<'3>，霍尔迁移率为83.8cm<'2>/V·s，可见光范围内的平均透过率大于85％。 2、将制备的平面ZAO薄膜在一定浓度的稀HCl中浸泡一定时间，去掉薄膜表面结合不紧密的部分，获得具有陷光结构的绒面ZAO薄膜。研究了衬底温度、溅射功率、工作压力、溶液浓度以及腐蚀时间对绒面ZAO薄膜表面形貌的影响。结果表明：随着衬底温度的增加，溅射功率的减小，工作压力的降低，薄膜的绒面效果得到明显改善。在实验和分析的基础上确定了制备绒面ZAO薄膜的最优化工艺条件：衬底温度为250℃，溅射功率为80W，工作压力为292.6mP，腐蚀溶液浓度为0.5％，腐蚀时间为20s。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1太阳电池

1.1.1光伏发展现状与硅薄膜电池发展机遇

1.1.2硅薄膜电池的优势

1.1.3硅薄膜电池发展现状与面临的挑战

1.1.4硅薄膜电池发展前景

1.2透明导电氧化物薄膜

1.2.1透明导电氧化物薄膜概述

1.2.2透明导电氧化物薄膜的种类及特点

1.3 ZnO:Al透明导电薄膜

1.3.1 ZnO:Al薄膜概述

1.3.2 ZnO:Al薄膜的特性以及掺杂原理

1.4绒面ZnO:Al薄膜

1.5问题的提出

1.6主要研究内容

2太阳电池基础与薄膜性能测试仪器

2.1太阳电池工作原理

2.1.1 pn结光伏效应的物理基础

2.1.2等效电路和光电转换效率

2.1.3光电流

2.1.4光谱响应和辐射效应

2.1.5非晶硅电池工作原理

2.2硅薄膜太阳电池的制备工艺及实验设备

2.2.1制备工艺

2.2.2实验设备

2.3 ZnO:Al薄膜的制备工艺及实验设备

2.3.1制备工艺

2.3.2实验设备

2.4薄膜性能测试仪器

2.4.1椭偏测试仪

2.4.2分光光度计

2.4.3霍尔测试仪

2.4.4 X-ray衍射仪

2.4.5扫描电子显微镜

3平面ZnO:Al薄膜的制备及分析

3.1平面ZnO:Al薄膜的制备

3.2沉积工艺对ZnO:Al薄膜性能的影响分析

3.2.1衬底温度对ZnO:Al薄膜性能的影响分析

3.2.2溅射功率对ZnO:Al薄膜性能的影响分析

3.2.3工作压力对ZnO:Al薄膜性能的影响分析

3.3本章小结

4绒面ZnO:Al薄膜的制备及分析

4.1制备绒面ZnO:A l薄膜的方法

4.1.1高温高压纯Ar直接溅射法

4.1.2 H2O-Ar混合气直接溅射法

4.1.3溅射后腐蚀法

4.2绒面ZnO:Al薄膜的制备

4.3沉积工艺对薄膜绒面效果的影响分析

4.3.1衬底温度对薄膜绒面效果的影响分析

4.3.2溅射功率对薄膜绒面效果的影响分析

4.3.3工作压力对薄膜绒面效果的影响分析

4.3.4溶液浓度对薄膜绒面效果的影响分析

4.3.5腐蚀时间对薄膜绒面效果的影响分析

4.3.6两种绒面ZnO:Al薄膜的比较

4.4本章小结

5结论

5.1本文总结

5.2本文的主要创新点及不足

5.3成果应用前景展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及参与的科研项目

致谢