LPCVD技術(shù)制備的BZO薄膜及其在非晶硅薄膜太陽能電池中的應(yīng)用

【摘要】：ZnO是一種N型寬帶直接帶隙半導(dǎo)體材料,室溫下禁帶寬度為3.37eV,有優(yōu)異的壓電、光電、壓敏等特性,且電導(dǎo)率和透過率高,具有和ITO相媲美的電學、光學性能,原材料豐富且無毒,這使得ZnO薄膜能應(yīng)用于平板顯示器電極、氣體傳感器、太陽能電池等方面,并引起了廣泛的關(guān)注和研究。為了優(yōu)化ZnO的綜合性能,加快其產(chǎn)業(yè)化,應(yīng)用到太陽能電池中以提高其效率和穩(wěn)定性,本文主要利用低壓化學氣相沉積技術(shù)(LPCVD),分別在玻璃、單晶硅及柔性襯底上制備出了具有陷光結(jié)構(gòu)的ZnO:B薄膜前電極,并成功的應(yīng)用于非晶硅薄膜柔性太陽電池。首先,利用LPCVD技術(shù)沉積制備ZnO:B薄膜(即BZO薄膜),分別討論了沉積時間、硼烷摻雜流量、退火條件對BZO薄膜的結(jié)晶狀態(tài)、微觀結(jié)構(gòu)、電學和光學等物理性質(zhì)及性能的影響。其中,沉積時間決定了BZO薄膜厚度以及晶面取向生長,影響B(tài)ZO薄膜的表面形貌和晶粒大小;B的摻入也會改變薄膜的生長特性,改變晶面生長的取向溫度,展寬光學帶隙,同時,還可以有效地降低薄膜的電阻率,有助于提高薄膜的電學穩(wěn)定性;通過特定工藝條件退火后的薄膜的電學和光學性能得到了很大改善。實驗結(jié)果表明:沉積時間為420s、硼烷摻雜量為50sccm、DEZ/H2O為450/150時,可生長出高質(zhì)量的具有“絨面結(jié)構(gòu)”BZO薄膜,再通過H2還原氣氛200℃條件下退火30min可以大大的改善其電學性能。其次,在BZO薄膜基本工藝條件實驗的基礎(chǔ)上,本文利用傳統(tǒng)的硅薄膜太陽能電池生產(chǎn)研發(fā)設(shè)備制備出非晶硅薄膜太陽能電池及組件,以探究制備柔性透明太陽能電池的工藝方案。將ZnO:B替代ITO用于非晶硅薄膜太陽電池,作為窗口透明電極和背電極,利用PECVD設(shè)備分別在PI和柔性玻璃襯底上沉積非晶硅薄膜,并用RD LSS激光設(shè)備劃分絕緣制備非晶硅薄膜太陽能電池。通過測試J-V,可得PI襯底電池的開路電壓Voc、短路電池Isc、轉(zhuǎn)換效率(Eff)和填充因子(FF)分別為0.799V、12.82mA、5.10%和49.80%,表現(xiàn)出良好的透光性能;柔性玻璃襯底電池開路電壓Voc、短路電池Isc、轉(zhuǎn)換效率(Eff.)和填充因子(FF)分別為41.17V、478.1mA、9.16%和68.3%,具有優(yōu)良的電學性能。 【關(guān)鍵詞】：ZnO薄膜 低壓化學氣相沉積技術(shù) 透明導(dǎo)電氧化物 B摻雜ZnO 非晶硅 柔性透明太陽能電池
【學位授予單位】：南昌大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：O646.54;TM914.4
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-17
• 1.1 前言9-10
• 1.2 ZnO概述10-13
• 1.2.1 ZnO的基本性質(zhì)10-11
• 1.2.2 ZnO光學特性11-12
• 1.2.3 ZnO的電學特性12-13
• 1.2.4 ZnO的壓電氣敏特性13
• 1.3 ZnO-TCO的研究現(xiàn)狀及其制備技術(shù)13-16
• 1.3.1 TCO透明導(dǎo)電氧化物的研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3.2 ZnO-TCO薄膜的制備主流技術(shù)14-16
• 1.4 論文的主要內(nèi)容和結(jié)構(gòu)安排16-17
• 第2章 實驗方法和分析測試技術(shù)17-25
• 2.1 LPCVD設(shè)備系統(tǒng)組成及原理17-18
• 2.2 實驗設(shè)備及工作原理18-21
• 2.2.1 實驗設(shè)備18-20
• 2.2.2 LPCVD-BZO薄膜的生長機理20-21
• 2.3 BZO薄膜的表征21-25
• 2.3.1 掃描電子顯微鏡（SEM）21-22
• 2.3.2 霍爾測試(Hall)22-23
• 2.3.3 Perkin-Elmer 750分光光度計23-24
• 2.3.4 電流一電壓(I-V)測試24-25
• 第3章 LPCVD沉積制備BZO透明導(dǎo)電薄膜及其性能的研究25-43
• 3.1 引言25
• 3.2 沉積時間對ZnO薄膜特性的影響25-31
• 3.2.1 微觀形貌26-27
• 3.2.2 導(dǎo)電性能27-28
• 3.2.3 光學減反性能28-30
• 3.2.4 本節(jié)總結(jié)30-31
• 3.3 不同B_2H_6摻雜流量對ZnO薄膜特性的影響31-36
• 3.3.1 微觀形貌31-32
• 3.3.2 光學和電學性能32-35
• 3.3.3 本節(jié)總結(jié)35-36
• 3.4 不同條件下退火對BZO薄膜特性的影響36-43
• 3.4.1 不同退火時間對BZO薄膜光學電學性能的影響37-39
• 3.4.2 不同退火溫度對BZO薄膜光學電學性能的影響39-40
• 3.4.3 不同退火氣氛對BZO薄膜光學電學性能的影響40-42
• 3.4.4 本節(jié)總結(jié)42-43
• 第4章 LPCVD法在不同襯底上制備ZnO:B薄膜及電池性能的研究43-56
• 4.1 引言43
• 4.2 PI襯底柔性透明硅薄膜太陽能電池的制備及性能43-49
• 4.2.1 BZO薄膜的微觀形貌45
• 4.2.2 BZO薄膜的透光性能45-46
• 4.2.3 BZO薄膜的電學性能46-47
• 4.2.4 PI襯底a-Si:H薄膜太陽能電池性能47-48
• 4.2.5 本節(jié)小結(jié)48-49
• 4.3 柔性玻璃襯底ZnO:B薄膜的制備及電池性能的研究49-56
• 4.3.1 實驗條件49-50
• 4.3.2 BZO薄膜的微觀形貌50
• 4.3.3 BZO薄膜的光學性能和電學性能50-52
• 4.3.4 性玻璃襯a-Si:H薄膜太陽能電池性能52-55
• 4.3.5 本節(jié)小結(jié)55-56
• 第5章 總結(jié)56-58
• 致謝58-59
• 參考文獻59-65
• 攻讀學位期間的研究成果65

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