應(yīng)用于硅基薄膜太陽(yáng)能電池的ZnO透明導(dǎo)電膜的研究

【摘要】：在當(dāng)今世界經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的背景下,環(huán)境污染和能源短缺問(wèn)題日益嚴(yán)重。為滿足社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的需求,不斷探索新型綠色能源已經(jīng)成為世界各國(guó)共同面臨的重要課題。在核能、風(fēng)能、地?zé)崮艿缺姸嘈滦湍茉粗?光伏能源作為未來(lái)的朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)異軍突起,成為人們研究的重中之重。高質(zhì)量的太陽(yáng)能電池,特別是薄膜太陽(yáng)能電池,其性能強(qiáng)烈的依賴于作為透明電極的TCO薄膜材料的性能。因此,探索新型薄膜制備工藝,不斷提高薄膜材料特性,對(duì)于太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換效率的提高,乃至整個(gè)光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展都具有重大的意義。本論文采用射頻磁控濺射法,在玻璃襯底上制備鋁摻雜Zn O透明導(dǎo)電薄膜(AZO),研究分析制備工藝中各參數(shù)變化對(duì)薄膜性能的影響,逐步優(yōu)化制備工藝,得到最佳的薄膜樣品,同時(shí)利用AFORS-HET仿真軟件對(duì)單結(jié)PIN型微晶硅/晶體硅異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池進(jìn)行建模仿真,分析模型各項(xiàng)參數(shù)對(duì)電池性能的影響,在最優(yōu)化的電池模型基礎(chǔ)上,研究AZO薄膜厚度對(duì)電池的影響規(guī)律。通過(guò)研究得出以下結(jié)果:(1)在AZO薄膜的制備與性能研究中,以電學(xué)性能為參照標(biāo)準(zhǔn),得出最佳生長(zhǎng)氣壓為0.5Pa,最佳濺射功率為200W,最佳氬氧比為40:0.5,最佳襯底溫度為300℃。在此工藝參數(shù)條件下,所制備AZO薄膜的方塊電阻最低為290?/cm2,電阻率最低為5.72×10-3?/cm,同時(shí)可見(jiàn)光區(qū)范圍內(nèi)透過(guò)率為82.7%。(2)仿真研究表明,發(fā)射層參數(shù)設(shè)定對(duì)電池性能影響重大。當(dāng)發(fā)射層厚度為5nm,發(fā)射層摻雜濃度為1020cm-3,能隙寬度為1.7e V時(shí),電池的光伏性能最佳,最高轉(zhuǎn)換效率為22.68%。(3)最佳的本征層厚度為3nm,厚度繼續(xù)增大,電池性能隨之下降;當(dāng)本征層能隙寬度小于1.6e V時(shí),電池性能基本不受影響,繼續(xù)增大能隙寬度,電池性能急劇下降,甚至失去光電轉(zhuǎn)換功能。(4)當(dāng)界面缺陷態(tài)密度(Dit)小于1012cm-2·e V-1時(shí),電池的性能受到影響較小,而密度大于1014cm-2·e V-1時(shí),電池性能急劇下降。(5)Zn O薄膜的厚度直接影響電池的性能。仿真研究可知,最佳的Zn O薄膜厚度為200nm。綜上可知,理想的PIN型微晶硅/晶體硅異質(zhì)結(jié)電池模型發(fā)射層厚度為5nm,摻雜濃度為1×1020cm-3,帶隙寬度為1.7e V,本征層厚度為3nm,帶隙寬度小于1.6e V,界面態(tài)濃度小于1014cm-2·e V-1時(shí),電池最佳性能參數(shù)為VOC=677.3m V,FF=84.08%,JSC=39.82m A/cm2,η=22.68%。用Zn O薄膜作為電池前置透明電極,其厚度為200nm時(shí),電池的最佳轉(zhuǎn)換效率為21.05%。 【關(guān)鍵詞】：ZnO薄膜 射頻磁控濺射 AFORS-HET 異質(zhì)結(jié)電池 光電特性
【學(xué)位授予單位】：東華理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TM914.4;TB383.2
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-8
• 第一章 緒論8-16
• 1.1 透明導(dǎo)電薄膜概述8-10
• 1.1.1 透明導(dǎo)電薄膜分類8-9
• 1.1.2 透明導(dǎo)電薄膜應(yīng)用9-10
• 1.2 ZnO晶體簡(jiǎn)介10-12
• 1.3 ZnO薄膜研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)12-13
• 1.3.1 ZnO薄膜的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-13
• 1.3.2 ZnO薄膜的發(fā)展趨勢(shì)13
• 1.4 本文主要研究?jī)?nèi)容13-16
• 第二章 薄膜制備技術(shù)及操作規(guī)程16-22
• 2.1 常用薄膜制備技術(shù)簡(jiǎn)介16-17
• 2.2 射頻磁控濺射簡(jiǎn)介17-19
• 2.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及操作流程19-22
• 2.3.1 實(shí)驗(yàn)器材準(zhǔn)備19-20
• 2.3.2 實(shí)驗(yàn)操作流程20-22
• 第三章 制備工藝對(duì)薄膜性能的影響22-36
• 3.1 ZnO薄膜表征方法22-24
• 3.2 濺射參數(shù)設(shè)定24-25
• 3.3 表征結(jié)果與分析25-34
• 3.3.1 氬氧比對(duì)薄膜性能的影響25-28
• 3.3.2 濺射功率對(duì)薄膜性能的影響28-30
• 3.3.3 生長(zhǎng)氣壓對(duì)薄膜性能的影響30-31
• 3.3.4 襯底溫度對(duì)薄膜性能的影響31-34
• 3.4 本章小結(jié)34-36
• 第四章 硅基薄膜太陽(yáng)能電池的仿真研究36-54
• 4.1 太陽(yáng)能電池簡(jiǎn)介36-38
• 4.2 薄膜電池建模仿真38-41
• 4.2.1 AFORS-HET軟件介紹39
• 4.2.2 電池模型及參數(shù)選取39-41
• 4.3 仿真過(guò)程及結(jié)論41-52
• 4.3.1 發(fā)射層對(duì)電池性能的影響41-46
• 4.3.2 本征層對(duì)電池性能的影響46-49
• 4.3.3 界面態(tài)對(duì)電池性能的影響49-50
• 4.3.4 ZnO薄膜對(duì)電池性能的影響50-52
• 4.4 本章小結(jié)52-54
• 第五章 總結(jié)與展望54-56
• 致謝56-58
• 參考文獻(xiàn)58-61

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