低温In2O3:Sn透明导电薄膜生长及太阳电池应用研究

摘要

氧化铟锡(ITO)结合了可见光范围内高透过率和高电导率的特性，主要作为防反射涂层和透明电极广泛应用于各种光电器件。高质量的ITO薄膜往往要求较高的沉积温度。但是，硅基薄膜太阳电池通常要求较低的沉积温度(<150℃)，以获得宽带隙的本征非晶硅层和p型窗口层。因此，如何在低温条件下获得高质量ITO薄膜前电极具有重要的研究意义。
　　本文采用反应热蒸发技术，在低温(<200℃)条件下生长高质量的ITO薄膜，并将其应用于硅基薄膜太阳电池和HIT太阳电池中。
　　首先，研究了厚度和衬底温度对ITO薄膜结构以及光电性能的影响。研究发现，薄膜厚度为70-90nm时，薄膜结晶质量好，电阻率为3.0-3.3×10-4Ω·cm，电子迁移率为50-52cm2/Vs，此厚度薄膜在短波范围内具有较高的透过率；随着衬底温度的提高，ITO薄膜呈现较强的(222)衍射峰，结构更加致密。当衬底温度为160℃时，ITO薄膜获得最低电阻率和较高迁移率，其在可见光范围的平均透过率大于90％。
　　其次，研究了Sn掺杂含量对低温(160℃)生长ITO薄膜性能的影响。研究发现，Sn掺杂含量为6.0wt.%时，获得性能良好的ITO薄膜，其电阻率为3.74×10-4Ω·cm，电子迁移率为47cm2/Vs，载流子浓度为3.71×1020cm-3，且在380-900nm波长范围内的平均透过率为87.2%。将其应用于n-i-p型非晶硅/非晶硅锗双叠层和非晶硅/非晶硅锗/微晶硅三叠层太阳电池，获得了高的光电转化效率，分别为10.51%和13.09%。
　　再次，研究了退火处理对p型微晶硅薄膜性能的影响。ITO薄膜前电极制备过程对微晶硅薄膜有较强的退火作用，在低温条件下生长ITO薄膜对微晶硅薄膜影响不大。氧气氛高温退火导致薄膜暗电导率下降。
　　最后，研究了ITO薄膜的衬底温度对太阳电池性能的影响。研究表明，随衬底温度的提高，非晶硅电池的开路电压和填充因子提高，但短路电流减小；HIT电池的开路电压和填充因子增大，短路电流减小，衬底温度为220℃时，HIT电池的填充因子开始降低。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 硅基太阳电池的发展现状

1.3 应用于太阳电池的TCO薄膜

1.4 本文主要研究内容

第二章 实验方法及测试技术

2.1 ITO薄膜的制备方法与设备

2.2 ITO薄膜及太阳电池性能的表征方法

第三章 ITO薄膜生长优化工艺及其性能研究

3.1 厚度对ITO薄膜性能的影响

3.2 衬底温度对ITO薄膜性能的影响

3.3 Sn掺杂含量对ITO薄膜性能的影响

3.4 本章小结

第四章 ITO薄膜在硅基薄膜太阳电池和HIT太阳电池中的应用

4.1 ITO薄膜应用于硅基薄膜太阳电池

4.2 ITO薄膜的衬底温度对HIT太阳电池性能的影响

4.3 本章小结

第五章 结论

参考文献

攻读学位期间所取得的相关科研成果

致谢