AZO薄膜的制備和性能研究及其在CIGS太陽能電池中的應(yīng)用

【摘要】：在當(dāng)今世界能源危機日益嚴(yán)重的形勢下,人們對太陽能電池的研究取得了很大的發(fā)展。高質(zhì)量的太陽能電池,特別是薄膜太陽能電池,其性能強烈的依賴于作為窗口電極的透明導(dǎo)電膜層的性能。目前ZnO:Al透明導(dǎo)電材料以其自身的一些優(yōu)勢成為了太陽能電池窗口層最常用的材料。因此,與太陽能電池的制備工藝整合起來研究AZO透明導(dǎo)電薄膜的制備工藝,對于太陽能電池光轉(zhuǎn)化效率的提高和整個光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重大的意義。 本試驗采用射頻磁控濺射法,以2wt%Al_2O_3的ZnO靶材在玻璃襯底上制備AZO薄膜,分別研究濺射氣壓、濺射功率、襯底加熱溫度以及薄膜厚度對薄膜光電性能的影響,同時,考慮這些制備參數(shù)在應(yīng)用于CIGS太陽能電池時的適用范圍,并將AZO薄膜的制備與CIGS太陽能電池制備工藝整合起來,研究薄膜性能對電池性能的影響。 在AZO薄膜的制備與性能研究中,我們以電學(xué)性能為參照標(biāo)準(zhǔn),得出最佳濺射氣壓為0.05Pa,最佳濺射功率為750W,最佳襯底加熱溫度為220℃。在最佳制備工藝參數(shù)條件下,所制備的AZO薄膜的方塊電阻最低為6.005Ω/sq,電阻率最低為5.9×10~(-4)Ω·cm,遷移率最高為20.3cm2/V·S,同時,可見光區(qū)范圍內(nèi)透過率為87.5%。在對濺射氣氛中摻氫制備的AZO薄膜的研究中發(fā)現(xiàn),用高鋁含量的ZnO靶材摻氫后制備的AZO薄膜其光電性能,尤其是近紅外波段的光透過率并沒有提高,這可能是因為靶材中鋁的含量已經(jīng)很高,導(dǎo)致薄膜中的載流子濃度依然很高,所以近紅外波段的自由載流子吸收依然很高,氫的摻雜起不到降低光吸收的作用。 我們將AZO薄膜的不同制備工藝應(yīng)用于CIGS薄膜太陽能電池,來研究AZO薄膜的制備工藝對電池性能的影響。結(jié)果顯示,過高的濺射功率和襯底加熱溫度會使電池的性能受到損壞。最終,我們優(yōu)化出應(yīng)用于CIGS薄膜太陽能電池窗口層的AZO薄膜的最佳制備工藝參數(shù)為:濺射氣壓0.05Pa、濺射功率750W、襯底加熱溫度160℃、薄膜厚度700nm。改進電池吸收層的制備工藝后,以此工藝沉底電池窗口層,獲得的電池效率最高達到了14.2%。 【關(guān)鍵詞】：AZO薄膜 射頻磁控濺射 CIGS太陽能電池
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：TB383.2;TM914.42
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 緒論9-23
• 1.1 課題研究的來源及背景9-10
• 1.2 AZO 透明導(dǎo)電薄膜概述10-14
• 1.2.1 透明導(dǎo)電薄膜簡介10-11
• 1.2.2 ZnO 材料的結(jié)構(gòu)特征11
• 1.2.3 ZnO 材料的基本特性11-12
• 1.2.4 AZO 薄膜的導(dǎo)電機理12-13
• 1.2.5 AZO 薄膜的研究進展?fàn)顩r13-14
• 1.3 AZO 薄膜在CIGS 太陽能電池中的應(yīng)用14-18
• 1.3.1 CIGS 太陽能電池簡介14-17
• 1.3.2 AZO 薄膜在CIGS 太陽能電池中的作用17-18
• 1.4 AZO 薄膜的制備18-20
• 1.4.1 磁控濺射法簡介18-19
• 1.4.2 AZO 薄膜的射頻磁控濺射法制備19-20
• 1.5 課題研究的內(nèi)容、目的及意義20-23
• 1.5.1 課題研究的內(nèi)容20-21
• 1.5.2 課題研究的目的和意義21-23
• 第二章 試驗方法與過程23-28
• 2.1 濺射鍍膜裝置23
• 2.2 濺射材料23-24
• 2.3 玻璃襯底的清洗與處理24
• 2.4 試驗參數(shù)與過程24-26
• 2.5 樣品分析26-28
• 第三章 結(jié)果與討論28-48
• 3.1 制備工藝參數(shù)對AZO 薄膜性能的影響28-39
• 3.1.1 濺射氣壓對AZO 薄膜性能的影響28-31
• 3.1.2 濺射功率對AZO 薄膜性能的影響31-34
• 3.1.3 襯底加熱溫度對AZO 薄膜性能的影響34-37
• 3.1.4 厚度對AZO 薄膜性能的影響37-39
• 3.2 AZO 薄膜的形貌39-41
• 3.3 摻氫AZO 薄膜的性能研究41-43
• 3.4 AZO 薄膜對CIGS 太陽能電池性能的影響43-48
• 結(jié)論48-50
• 參考文獻50-55
• 致謝55

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