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ZnO:Al透明导电膜的性能研究及其在薄膜太阳能电池上的应用

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目录

文摘

英文文摘

符号说明

第一章引言

§1-1薄膜太阳能电池

1-1-1薄膜太阳能电池的发展

1-1-2效率与稳定性问题

1-1-3陷光结构

1-1-4背反射电极

§1-2透明导电氧化物薄膜

1-2-1透明导电膜与透明导电氧化物薄膜

1-2-2研究进展

1-2-3制备方法

1-2-4透明导电氧化物薄膜的性能

§1-3氧化锌铝(ZnO:Al)薄膜

1-3-1制备方法

1-3-2氧化锌铝(ZnO:Al)薄膜的结构特性

1-3-3电学性能

1-3-4光学性能

1-3-5薄膜太阳能电池上的应用

§1-4问题的提出及本课题的主要研究内容

第二章实验方法与仪器设备

§2-1制备方法与设备

2-1-1薄膜太阳能电池的制备方法和设备

2-1-2薄膜的制备方法和设备

§2-2薄膜性能测试方法及仪器

2-2-1用模拟器测试薄膜太阳能电池的光电转化效率

2-2-2用椭偏仪测试薄膜厚度

2-2-3用分光光度计测试薄膜透过率和反射率

2-2-4用霍尔测试仪测试霍尔迁移率和载流子浓度和方块电阻

2-2-5用x-ray衍射仪(XRD)测试材料的晶化率和结晶取向

2-2-6用x-ray光电子能谱(XPS)测试材料组分

第三章ZnO:Al薄膜性能和制备工艺

§3-1制备工艺

3-1-1传统直流磁控溅射

3-1-2中频脉冲磁控溅射

§3-2中频脉冲磁控溅射脉冲参数对靶电压的影响

3-2-1反向脉冲时间的影响

3-2-2反向脉冲幅度的影响

3-2-3脉冲频率的影响

3-2-4溅射功率的影响

3-2-5工作气压的影响

3-2-6 O2/Ar的影响

3-2-7靶距的影响

§3-3 工艺参数对ZnO:Al薄膜性能的影响

3-3-1 O2/Ar的影响

3-3-2预辉时间的影响

3-3-3靶电压的影响

3-3-4工作气压的影响

3-3-5衬底温度的影响

3-3-6本底真空度的影响

§3-4大面积均匀性问题

3-4-1影响大面积均匀性的因素

3-4-2厚度均匀性和电阻均匀性

§3-5 ZnO:Al薄膜的衰退问题

3-5-1 ZnO:Al薄膜的缺陷导致性能衰退

3-5-2空气中的水气是导致薄膜性能下降的主要外在因素

§3-6本章小结

第四章ZnO/Al背反射电极增反工艺优化

§4-1增反原理

§4-2薄膜厚度对增反效果的影响

4-2-1膜厚对薄膜光学性能的影响

4-2-2膜厚对薄膜结构性能的影响

4-2-3膜厚对薄膜电阻率的影响

4-2-4理论计算薄膜厚度最佳值

4-2-5薄膜厚度实验优化

§4-3 n+/ZnO:Al界面匹配

4-3-1与不同类型的n材料的匹配

4-3-2 n层厚度对增反效果的影响

§4-4本章小结

第五章ZnO:Al/Al背反射电极在薄膜太阳能电池上的应用

§5-1 ZnO:Al在薄膜太阳能电池上的应用

5-1-1非晶硅太阳能电池

5-1-2微晶硅太阳能电池

§5-2 ZnO:Al在微晶硅薄膜太阳能电池上的应用

5-2-1高透过率低电阻率的ZnO:Al透明导电膜

5-2-2 ZnO:Al透明导电膜的厚度

§5-3 ZnO:Al背反射电极在薄膜太阳能电池上的应用

5-3-1对电池开路电压(VOC)的影响

5-3-2对电池短路电流(JSC)的影响

5-3-3对电池填充因子(FF)的影响

5-3-4对电池转化效率(η)的影响

5-3-5非晶硅太阳能电池的制备工艺

5-3-6 ZnO:Al背反射电极的制备工艺

§5-4背反射电极对太阳能电池稳定性的影响

结论

参考文献

附录A PECVD沉积系统

附录B 多峰拟合——计算ZnO:Al薄膜中不同价态0的含量

致谢

攻读学位期间所取得的相关科研成果

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摘要

本文采用中频脉冲磁控溅射法,通过优化ZnO:Al薄膜的制备工艺,如靶电压、本底真空度、工作气压、衬底温度、O<,2>/Ar,得到可用于硅薄膜太阳能电池背电极的ZnO:Al薄膜.通过膜厚、薄膜电阻率、霍尔迁移率、载流子浓度、光透过率、光反射率、薄膜成分、XRD测量,分析薄膜性能,得到最佳的工艺参数:O<,2>/Ar受沉积速率的影响随各参数变化而变化无固定值,靶电压265V,温度140℃,本底真空度要尽量大,工作气压0.6Pa.为了优化硅薄膜电池ZnO:Al/Al背反射电极的增反效果,通过理论计算和实验分析,得到反射效果最佳时的膜厚是1000A.与背电极紧密接触的n-Si中,n-μ c-Si的耐轰击能力较强,与背反射电极的匹配较好,所以在非晶硅电池上应用n-μ c-Si可以提高背反射电极的增反效果.在硅薄膜电池的ZnO:Al/Al背反射电极应用方面,通过减小靶电压、适当增加靶距和基片的运行速度来减小对电池的轰击,改善电池性能,通过优化实验条件,使电池的短路电流提升了3.7mA/cm<'2>,效率增加了2﹪,稳定性得到改善.

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