玻璃基太陽能電池薄膜材料制備及其結(jié)構(gòu)和性能研究

【摘要】： 在平板玻璃襯底上開展大面積、低成本的透明導(dǎo)電薄膜和太陽能薄膜材料的制備技術(shù)研究，對開發(fā)利用太陽能、降低成本和推動實用化進程具有重要的意義。該項目的研究對發(fā)展新的環(huán)境協(xié)調(diào)型材料和生態(tài)建筑材料、保護環(huán)境和實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。 本文在系統(tǒng)總結(jié)和全面分析用于太陽能電池的透明導(dǎo)電薄膜、多晶硅薄膜材料和氟碳自潔凈薄膜材料的研究現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，深入研究了摻雜SnO_2導(dǎo)電薄膜和ITO透明導(dǎo)電薄膜的制備技術(shù)，系統(tǒng)地研究了Sol-Gel制備工藝參數(shù)、F、Sb離子的摻雜量，磁控濺射ITO薄膜的工藝參數(shù)、熱處理條件等對透明導(dǎo)電膜的的微觀結(jié)構(gòu)與電性能的影響。研究了等離子體增強化學(xué)氣相沉積a-Si薄膜工藝參數(shù)和金屬誘導(dǎo)晶化的工藝參數(shù)對制備的poly-Si薄膜的微觀結(jié)構(gòu)和光電性能的影響。通過大量實驗研究，取得了如下一些創(chuàng)新性成果： (1)采用改進的Sol-Gel法制備出均勻致密、晶粒大小約為10nm的SnO_2：F透明導(dǎo)電薄膜，其透光率達到85％，方塊電阻約為20-30Ω／□。 (2)利用Sol-Gel法制備出SnO_2：Sb透明導(dǎo)電薄膜。Sb摻雜濃度為5％的SnO_2透明導(dǎo)電薄膜具有最低的方塊電阻78Ω／□，載流子濃度可達1.1×10~(21)cm~(-3)，遷移率為1.46cm~2V~(-1)·s~(-1)，可見光平均透過率為75％。 (3)以90 wt％In和10 wt％Sn銦錫合金和氧化銦錫陶瓷靶為靶材，采用直流和射頻磁控反應(yīng)濺射法在玻璃基片制備出透過率高于85％，方塊電阻小于10Ω的高取向生長的ITO透明導(dǎo)電薄膜。通過對幾種不同導(dǎo)電薄膜的制備技術(shù)和導(dǎo)電薄膜材料性能的對比研究，獲得了滿足太陽能電池工藝一致性和整體性要求的TCO薄膜。 (4)利用PECVD設(shè)備在普通玻璃基片上沉積a-Si薄膜，采用鋁誘導(dǎo)晶化法(AIC)在氮氣氣氛下進行快速退火處理成功地制備出晶化溫度在500℃以下的poly-Si薄膜。 (5)設(shè)計了太陽能電池自潔凈薄膜，并用射頻濺射法成功制備了氟碳高分子疏水自潔凈薄膜并進行了相關(guān)的機理的研究。該工作為制備高憎水性自潔凈薄膜提供了新的視野和方法。 【關(guān)鍵詞】：磁控濺射 溶膠-凝膠法 ITO PECVD 金屬誘導(dǎo)晶化 a-Si薄膜 Poly-Si薄膜 疏水性
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2006
【分類號】：TB383.2;TM914.42
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 第1章 緒論12-44
• 1.1 引言12-14
• 1.2 硅薄膜太陽能電池研究進展14-22
• 1.2.1 引言14-15
• 1.2.2 太陽能電池的工作原理15-16
• 1.2.3 a-Si薄膜太陽能電池16-20
• 1.2.4 poly-Si薄膜太陽能電池20-21
• 1.2.5 硅基薄膜太陽能電池的發(fā)展趨勢及應(yīng)用前景21-22
• 1.3 二氧化錫透明導(dǎo)電薄膜的研究進展22-24
• 1.3.1 純SnO_2薄膜22-23
• 1.3.2 摻銻SnO_2薄膜23
• 1.3.3 摻氟SnO_2薄膜23-24
• 1.4 ITO透明導(dǎo)電氧化物薄膜的性能24-28
• 1.4.1 ITO薄膜的結(jié)構(gòu)及能帶24-25
• 1.4.2 ITO薄膜的電學(xué)性質(zhì)25-26
• 1.4.3 ITO薄膜的光學(xué)性質(zhì)26-28
• 1.5 透明導(dǎo)電氧化物薄膜的制備方法28-34
• 1.5.1 磁控濺射鍍膜28
• 1.5.2 脈沖激光沉積28-29
• 1.5.3 化學(xué)氣相沉積29-30
• 1.5.4 溶膠—凝膠法30-33
• 1.5.5 噴射熱分解法33-34
• 1.6 透明導(dǎo)電薄膜的研究現(xiàn)狀及應(yīng)用34-38
• 1.7 等離子增強化學(xué)氣相沉積a-Si薄膜38-40
• 1.8 Poly-Si薄膜的制備方法40-42
• 1.9 本課題研究的目的和主要內(nèi)容42-44
• 第2章 玻璃基摻氟SnO_2薄膜溶膠-凝膠法制備及其性能研究44-57
• 2.1 Sol-Gel工藝合成FTO薄膜的反應(yīng)機理44
• 2.2 摻氟的SnO_2薄膜的導(dǎo)電機理44-46
• 2.3 實驗過程46-49
• 2.3.1 SiO_2和FTO溶膠的配制46-47
• 2.3.2 玻璃襯底的清洗47-48
• 2.3.3 SiO_2薄膜的制備48
• 2.3.4 FTO導(dǎo)電薄膜的制備48-49
• 2.4 氟摻雜二氧化錫薄膜的結(jié)構(gòu)和性能表征49-54
• 2.4.1 UV-Vis透過率分析49-50
• 2.4.2 XRD分析50-52
• 2.4.3 SEM分析52-53
• 2.4.4 XPS分析53-54
• 2.5 噴涂法制備SnO_2薄膜54-56
• 2.5.1 實驗過程54-55
• 2.5.2 結(jié)果與討論55-56
• 2.6 小結(jié)56-57
• 第3章 玻璃基摻Sb的SnO_2薄膜Sol-Gel法制備與性能研究57-70
• 3.1 引言57
• 3.2 實驗過程57-60
• 3.2.1 Sol-Gel工藝合成SnO_2:Sb材料的反應(yīng)機理57-58
• 3.2.2 Sb摻雜SnO_2溶膠的配制58-59
• 3.2.3 Sb摻雜SnO_2薄膜的制備59-60
• 3.3 不同熱處理溫度對薄膜結(jié)構(gòu)和性能的影響60-64
• 3.3.1 鍍膜試樣的XRD測試分析60
• 3.3.2 鍍膜試樣的紫外-可見光透過率分析60-61
• 3.3.3 薄膜樣品的XPS分析61-63
• 3.3.4 鍍膜試樣的SEM測試分析63
• 3.3.5 結(jié)果討論與分析63-64
• 3.4 不同銻摻雜濃度對薄膜的結(jié)構(gòu)和性能的影響64-69
• 3.4.1 薄膜樣品的XRD分析64-65
• 3.4.2 薄膜試樣的TEM測試分析65
• 3.4.3 鍍膜試樣的紫外—可見光透過率測試分析65-66
• 3.4.4 鍍膜試樣的XPS測試分析66-67
• 3.4.5 鍍膜試樣的電學(xué)性能測試分析67-68
• 3.4.6 結(jié)果與討論分析68-69
• 3.5 小結(jié)69-70
• 第4章 磁控濺射制備ITO薄膜及其性能研究70-84
• 4.1 實驗過程70-71
• 4.2 薄膜微觀結(jié)構(gòu)與性能表征的方法71-72
• 4.2.1 薄膜結(jié)構(gòu)的測定71-72
• 4.2.2 薄膜表面形貌的測定72
• 4.2.3 薄膜成分的測定72
• 4.2.4 光學(xué)性能測定72
• 4.2.5 薄膜方阻及電阻率的測試72
• 4.3 銦錫合金靶制備ITO薄膜及性能表征72-77
• 4.3.1 氧分壓對ITO薄膜光電性能的影響73-74
• 4.3.2 不同氧分壓ITO薄膜XRD分析74-75
• 4.3.3 不同氧分壓ITO薄膜SEM分析75-76
• 4.3.4 耐磨性和粘附性測試76
• 4.3.5 化學(xué)穩(wěn)定性測試和刻蝕性測試76-77
• 4.4 銦錫陶瓷靶磁控濺射制備ITO薄膜77-82
• 4.4.1 襯底溫度對ITO薄膜紫外透射光譜的吸收截止邊帶的影響78-79
• 4.4.2 襯底溫度對ITO薄膜透過率的影響79-80
• 4.4.3 襯底溫度對ITO薄膜晶相結(jié)構(gòu)的影響80-81
• 4.4.4 氧分壓對ITO薄膜透過率的影響81-82
• 4.5 小結(jié)82-84
• 第5章 a-Si薄膜PECVD制備及其性能研究84-89
• 5.1 PECVD法制備a-Si薄膜生長機理84-85
• 5.2 磷摻雜非晶硅薄膜的制備85-87
• 5.3 硼摻雜非晶硅薄膜的制備87-88
• 5.4 小結(jié)88-89
• 第6章 金屬鋁誘導(dǎo)a-Si薄膜制備Poly-Si薄膜89-101
• 6.1 鋁膜厚度對非晶硅薄膜晶化的影響89-92
• 6.1.1 XRD分析89-90
• 6.1.2 Raman分析90-91
• 6.1.3 表面形貌分析91-92
• 6.2 退火溫度對非晶硅薄膜晶化的影響92-96
• 6.2.1 XRD分析93-94
• 6.2.2 SEM分析94-95
• 6.2.3 Raman分析95-96
• 6.3 退火時間對非晶硅薄膜晶化的影響96-99
• 6.3.1 XRD分析97-98
• 6.3.2 Raman分析98-99
• 6.3.3 薄膜樣品的形貌分析99
• 6.4 小結(jié)99-101
• 第7章 氟碳疏水自潔凈薄膜磁控濺射法制備及性能研究101-108
• 7.1 前言101
• 7.2 實驗101-103
• 7.2.1 薄膜的制備101-102
• 7.2.2 薄膜的表征及表面能的測試102-103
• 7.3 結(jié)果與討論103-107
• 7.3.1 濺射氣氛對薄膜表面形態(tài)的影響103-104
• 7.3.2 XPS分析104-106
• 7.3.3 薄膜疏水性及表面能分析106-107
• 7.4 小結(jié)107-108
• 第8章 結(jié)論108-110
• 參考文獻110-119
• 致謝119-120
• 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文120

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