ZnO:Al透明導電膜的性能研究及其在薄膜太陽能電池上的應用

【摘要】： 本文采用中頻脈沖磁控濺射法，通過優(yōu)化ZnO：Al薄膜的制備工藝，如靶電壓、本底真空度、工作氣壓、襯底溫度、O_2／Ar，得到可用于硅薄膜太陽能電池背電極的ZnO：Al薄膜。通過膜厚、薄膜電阻率、霍爾遷移率、載流子濃度、光透過率、光反射率、薄膜成分、XRD測量，分析薄膜性能，得到最佳的工藝參數(shù)：O_2／Ar受沉積速率的影響隨各參數(shù)變化而變化無固定值，靶電壓265V，溫度140℃，本底真空度要盡量大，工作氣壓0.6Pa。 為了優(yōu)化硅薄膜電池ZnO：Al／Al背反射電極的增反效果，通過理論計算和實驗分析，得到反射效果最佳時的膜厚是1000。與背電極緊密接觸的n—Si中，n—μc—Si的耐轟擊能力較強，與背反射電極的匹配較好，所以在非晶硅電池上應用n—μc—Si可以提高背反射電極的增反效果。 在硅薄膜電池的ZnO：Al／Al背反射電極應用方面，通過減小靶電壓、適當增加靶距和基片的運行速度來減小對電池的轟擊，改善電池性能，通過優(yōu)化實驗條件，使電池的短路電流提升了3.7mA／cm~2，效率增加了2％，穩(wěn)定性得到改善。 【關鍵詞】：中頻脈沖 電導率 透過率 反射率 界面匹配 短路電流
【學位授予單位】：河北工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2004
【分類號】：TM914
【目錄】：

• 第一章 引言9-16
• 1-1 薄膜太陽能電池9-11
• 1-1-1 薄膜太陽能電池的發(fā)展9-10
• 1-1-2 效率與穩(wěn)定性問題10-11
• 1-1-3 陷光結(jié)構(gòu)11
• 1-1-4 背反射電極11
• 1-2 透明導電氧化物薄膜11-12
• 1-2-1 透明導電膜與透明導電氧化物薄膜11-12
• 1-2-2 研究進展12
• 1-2-3 制備方法12
• 1-2-4 透明導電氧化物薄膜的性能12
• 1-3 氧化鋅鋁(ZnO:Al)薄膜12-15
• 1-3-1 制備方法12-13
• 1-3-2 氧化鋅鋁(ZnO:Al)薄膜的結(jié)構(gòu)特性13-14
• 1-3-3 電學性能14
• 1-3-4 光學性能14
• 1-3-5 薄膜太陽能電池上的應用14-15
• 1-4 問題的提出及本課題的主要研究內(nèi)容15-16
• 第二章 實驗方法與儀器設備16-22
• 2-1 制備方法與設備16-18
• 2-1-1 薄膜太陽能電池的制備方法和設備16-17
• 2-1-2 薄膜的制備方法和設備17-18
• 2-2 薄膜性能測試方法及儀器18-22
• 2-2-1 用模擬器測試薄膜太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率18
• 2-2-2 用橢偏儀測試薄膜厚度18-19
• 2-2-3 用分光光度計測試薄膜透過率和反射率19
• 2-2-4 用霍爾測試儀測試霍爾遷移率和載流子濃度和方塊電阻19-20
• 2-2-5 用x-ray衍射儀(XRD)測試材料的晶化率和結(jié)晶取向20
• 2-2-6 用x-ray光電子能譜(XPS)測試材料組分20-22
• 第三章 ZnO:Al薄膜性能和制備工藝22-46
• 3-1 制備工藝22
• 3-1-1 傳統(tǒng)直流磁控濺射22
• 3-1-2 中頻脈沖磁控濺射22
• 3-2 中頻脈沖磁控濺射脈沖參數(shù)對靶電壓的影響22-27
• 3-2-1 反向脈沖時間的影響23-24
• 3-2-2 反向脈沖幅度的影響24
• 3-2-3 脈沖頻率的影響24-25
• 3-2-4 濺射功率的影響25
• 3-2-5 工作氣壓的影響25-26
• 3-2-6 O_2／Ar的影響26
• 3-2-7 靶距的影響26-27
• 3-3 工藝參數(shù)對ZnO:Al薄膜性能的影響27-42
• 3-3-1 O_2／Ar的影響27
• 3-3-2 預輝時間的影響27-28
• 3-3-3 靶電壓的影響28-33
• 3-3-4 工作氣壓的影響33-40
• 3-3-5 襯底溫度的影響40-42
• 3-3-6 本底真空度的影響42
• 3-4 大面積均勻性問題42-44
• 3-4-1 影響大面積均勻性的因素42-43
• 3-4-2 厚度均勻性和電阻均勻性43-44
• 3-5 ZnO:Al薄膜的衰退問題44-45
• 3-5-1 ZnO:Al薄膜的缺陷導致性能衰退44-45
• 3-5-2 空氣中的水氣是導致薄膜性能下降的主要外在因素45
• 3-6 本章小結(jié)45-46
• 第四章 ZnO／Al背反射電極增反工藝優(yōu)化46-52
• 4-1 增反原理46
• 4-2 薄膜厚度對增反效果的影響46-49
• 4-2-1 膜厚對薄膜光學性能的影響46-47
• 4-2-2 膜厚對薄膜結(jié)構(gòu)性能的影響47
• 4-2-3 膜厚對薄膜電阻率的影響47
• 4-2-4 理論計算薄膜厚度最佳值47-48
• 4-2-5 薄膜厚度實驗優(yōu)化48-49
• 4-3 n~+／ZnO:Al界面匹配49-51
• 4-3-1 與不同類型的n材料的匹配50
• 4-3-2 n層厚度對增反效果的影響50-51
• 4-4 本章小結(jié)51-52
• 第五章 ZnO:Al／Al背反射電極在薄膜太陽能電池上的應用52-59
• 5-1 ZnO:Al在薄膜太陽能電池上的應用52-53
• 5-1-1 非晶硅太陽能電池52
• 5-1-2 微晶硅太陽能電池52-53
• 5-2 ZnO:Al在微晶硅薄膜太陽能電池上的應用53
• 5-2-1 高透過率低電阻率的ZnO:Al透明導電膜53
• 5-2-2 ZnO:Al透明導電膜的厚度53
• 5-3 ZnO:Al背反射電極在薄膜太陽能電池上的應用53-58
• 5-3-1 對電池開路電壓(V_(OC))的影響53
• 5-3-2 對電池短路電流(J_(SC))的影響53
• 5-3-3 對電池填充因子(FF)的影響53
• 5-3-4 對電池轉(zhuǎn)化效率(η)的影響53-55
• 5-3-5 非晶硅太陽能電池的制備工藝55-58
• 5-4 背反射電極對太陽能電池穩(wěn)定性的影響58-59
• 結(jié)論59-60
• 參考文獻60-63
• 附錄A63-64
• 附錄B64-65
• 致謝65-66
• 攻讀學位期間取得的相關科研成果66

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