F摻雜ZnO透明導(dǎo)電薄膜的制備及其在太陽能電池中的應(yīng)用研究

【摘要】：由于具備獨特的電學(xué)和光學(xué)特性,氧化鋅(Zinc oxide, ZnO)基透明導(dǎo)電薄膜現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于薄膜太陽能電池,發(fā)光二極管,平面液晶顯示和多種其他光電器件中。目前文獻(xiàn)中報道的ZnO的n型摻雜主要集中在金屬元素的使用上如B、Al、Mn、Ga、In等,而事實上,根據(jù)理論研究,F元素也是一種優(yōu)秀的ZnO的n型摻雜劑。本文中,我們制備了F摻ZnO薄膜(Fluorine-doped zinc oxide, FZO),據(jù)此進(jìn)行了一系列研究,最終將絨面FZO薄膜應(yīng)用于非晶硅太陽能電池,驗證其性能。本論文主要包括以下工作：1.在室溫下利用射頻磁控濺射技術(shù)在柔性聚碳酸酯(Polycarbonate, PC)襯底上制備得到了FZO薄膜,并研究了不同生長參數(shù)對于薄膜性能的影響。0.3 Pa時,薄膜獲得了最好的電學(xué)性能：電阻率7.66×10-2 Ωcm,載流子濃度1.31×1020cm-3, Hall遷移率0.62 cm2V-18-1。所有薄膜在300～2000nm的可見和近紅外波段的透過率高于80%。在添加了一層ZnO緩沖層后,得益于晶體沉積質(zhì)量的改善,FZO/ZnO/PC結(jié)構(gòu)薄膜的電阻率進(jìn)一步下降到5.82×10-3 Ωcm,對應(yīng)Hall遷移率從0.618 cm2V-1s-1提升到8.08 cm2 V-1s-1。2.結(jié)合傳統(tǒng)溶液法和Ar/H等離子體處理對玻璃襯底上沉積得到的FZO透明導(dǎo)電薄膜進(jìn)行刻蝕,以得到理想的絨面結(jié)構(gòu)。為了獲得理想的綜合性能,我們利用兩種方面相結(jié)合以改善薄膜表面陷光性能。當(dāng)加入Ar/H等離子體處理時,薄膜晶體質(zhì)量隨H2濃度增大略有改善,Ar/H2=100:10時,薄膜獲得最小電阻率為1.135×10-3Ωcm,對應(yīng)載流子濃度2.854×1020 cm-3, Hall遷移率19.29cm2V-1s-1。Ar/H2=100:5時,薄膜得到最佳的表面散射度,在550 nm處的絨度值為52.14%。單純?nèi)芤悍ㄖ苽涞谋∧ず驮黾恿薃r/H等離子體處理的最優(yōu)的薄膜被應(yīng)用于p-i-n型非晶硅太陽能電池的前電極。對于電池性能的測試表明,最終電池表現(xiàn)出的轉(zhuǎn)化效率,后者(4.0%)比前者大大超出(1.0%)。 【關(guān)鍵詞】：氟摻氧化鋅 磁控濺射 透明導(dǎo)電氧化物 柔性襯底 表面織構(gòu) 等離子處理
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TB383.2;TM914.4
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第一章 引言9-11
• 第二章 文獻(xiàn)綜述11-33
• 2.1 ZnO的基本性質(zhì)11-15
• 2.1.1 ZnO的晶體結(jié)構(gòu)11-12
• 2.1.2 ZnO的光電性質(zhì)12-14
• 2.1.3 ZnO的其他基本性質(zhì)14-15
• 2.2 ZnO的本征缺陷與非故意摻雜15-17
• 2.2.1 ZnO的本征缺陷16
• 2.2.2 ZnO的非故意摻雜16-17
• 2.3 ZnO的氟摻雜17-24
• 2.3.1 ZnO的n型摻雜17-19
• 2.3.2 ZnO薄膜氟摻雜的優(yōu)勢19-21
• 2.3.3 ZnO薄膜氟摻雜的研究現(xiàn)狀21-24
• 2.4 柔性ZnO基透明導(dǎo)電薄膜的研究進(jìn)展24-26
• 2.5 ZnO基透明導(dǎo)電薄膜在太陽能電池上的應(yīng)用26-31
• 2.5.1 薄膜太陽能電池簡介26-28
• 2.5.2 薄膜太陽能電池中的透明導(dǎo)電氧化物薄膜28-29
• 3.5.3 絨面ZnO基透明導(dǎo)電薄膜在薄膜太陽能電池上的應(yīng)用現(xiàn)狀29-31
• 2.6 本論文的選題依據(jù)和研究內(nèi)容31-33
• 第三章 實驗原理、制備工藝及表征技術(shù)33-39
• 3.1 磁控濺射技術(shù)33-36
• 3.1.1 基本原理33-35
• 3.1.2 磁控濺射設(shè)備簡介35-36
• 3.2 實驗工藝過程36-38
• 3.2.1 襯底清洗36
• 3.2.2 薄膜沉積36-37
• 3.2.3 濕化學(xué)法制絨37
• 3.2.4 等離子體處理37-38
• 3.3 薄膜表征技術(shù)38-39
• 第四章 柔性襯底上F摻雜ZnO薄膜的制備及性能標(biāo)征39-59
• 4.1 濺射壓強(qiáng)對FZO透明導(dǎo)電薄膜性能的影響39-48
• 4.1.1 濺射壓強(qiáng)對FZO薄膜結(jié)構(gòu)性能和表面形貌的影響39-43
• 4.1.2 濺射壓強(qiáng)對FZO薄膜電學(xué)性能的影響43-45
• 4.1.3 濺射壓強(qiáng)對FZO薄膜光學(xué)性能的影響45-47
• 4.1.4 濺射壓強(qiáng)對FZO薄膜品質(zhì)因子的影響47-48
• 4.2 襯底溫度對FZO透明導(dǎo)電薄膜性能的影響48-53
• 4.2.1 襯底溫度對FZO薄膜結(jié)構(gòu)性能和表面形貌的影響48-50
• 4.2.2 襯底溫度對FZO薄膜光電性能的影響50-52
• 4.2.3 襯底溫度對FZO薄膜穩(wěn)定性的影響52-53
• 4.3 緩沖層對FZO薄膜特性的影響53-57
• 4.3.1 正交實驗參數(shù)摸索53-55
• 4.3.2 ZnO/FZO薄膜與單層FZO薄膜性能對比研究55-57
• 4.4 本章小結(jié)57-59
• 第五章 絨面FZO薄膜的制備及其在太陽能電池中的應(yīng)用59-81
• 5.1 溶液法制備絨面FZO薄膜59-64
• 5.1.1 沉積參數(shù)對薄膜絨面結(jié)構(gòu)的影響59-62
• 5.1.2 鹽酸制得的絨面薄膜分析62-64
• 5.2 等離子體處理對FZO薄膜性能的影響64-68
• 5.2.1 H等離子體處理64-67
• 5.2.2 Ar等離子體處理67-68
• 5.3 溶液刻蝕法結(jié)合Ar/H等離子處理工藝制備絨面FZO薄膜68-76
• 5.3.1 Ar/H等離子比例對絨面FZO晶體質(zhì)量和表面形貌的影響69-74
• 5.3.2 Ar/H等離子比例對絨面FZO光電性能的影響74-76
• 5.4 絨面FZO薄膜在非晶硅太陽能電池上的應(yīng)用及性能表現(xiàn)76-79
• 5.5 本章小結(jié)79-81
• 第六章 總結(jié)81-83
• 參考文獻(xiàn)83-91
• 致謝91-93
• 個人簡歷93-95
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與取得的其他研究成果95

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