射频磁控溅射低温制备ITO薄膜及HIT电池的退火研究

摘要

HIT(Hetero-junction with Intrinsic Thin-Layer)太阳能电池同时兼备晶体硅和薄膜硅电池的优势，达到了既降低成本又保持高效的目的。本论文主要研究了射频磁控溅射低温制备ITO薄膜以及本征氢化非晶硅(a-Si:H)层的真空退火处理对HIT电池性能的影响。
　　（1）1)作为太阳电池的上电极，ITO薄膜优异的光电性质以及能否实现低温制备对电池性能均有着重要的影响。本论文利用射频(RF)磁控溅射系统，研究了O2/Ar流量比、溅射功率P、溅射压强Pg、沉积温度Ts、靶基距D以及退火处理等条件对薄膜XRD晶向结构以及光电性质的影响。晶向结构以及导电性对参数变化的依赖远大于光学性质。O2/Ar流量比越大，结晶性越好，电阻率先减小后增加；功率增加，薄膜的择优取向从(222)晶面转变为(400)晶面，电阻率持续下降；温度为100℃，电阻率最小；退火处理后，薄膜选择(222)和(400)晶面优先生长，并且改善了其结晶性和导电性，透光率基本无明显变化。最终在O2/Ar流量比0.1/25 sccm、射频电源功率P=210 W、溅射压强Pg=0.2 Pa、衬底温度Ts=100℃、靶基距D=2.0 cm的低温条件下制备，在200℃热退火处理60 min后，获得电阻率为3.8×10-4Ω·cm、可见光范围内平均透光率为89.4％的优质ITO薄膜。2)在溅射条件和薄膜厚度完全相同的情况下，从SEM、XRD、导电性和透光性等方面，比较直流(DC)和射频(RF)两种磁控溅射方法制备出的ITO薄膜在微观结构和光电特性方面的差异，并且将二者应用于简单异质结电池上进行比较。本实验中，ITO(DC)比ITO(RF)的表面形貌更加平整，晶粒尺寸比较小且分布均匀；二者的择优晶面也不同，从衍射峰强度来看，ITO(DC)中(222)与(400)晶面对应衍射峰强度相差不大，ITO(RF)中(222)与(400)晶面却相差很大。(222)晶面与(400)晶面对应的衍射峰强度相当时，薄膜的导电性较好。
　　（2）对有无插入本征氢化非晶硅(a-Si:H)层的电池进行比较。a-Si:H(i)的插入，能够使得异质结界面得到钝化，其载流子复合几率减小，电池的PN结性能优异。因此插入a-Si:H的简单异质结电池比未插入a-Si:H的电池开路电压Voc和短路电流Isc都有所提高。
　　（3）主要研究在真空条件下退火时间和退火温度对单面HIT电池性能的影响。电池的Voc和η随退火温度和时间的变化趋势基本相同，均是先升高后减小。将制备好的a-Si:H(i)在真空条件320℃下退火60 min后用于单面HIT电池中，效率η从8.06%提高到11.11%，开路电压Voc从602 mV提高到621 mV，制备出开路电压Voc为621 mV、短路电流Isc为9.965 mA、填充因子FF为0.45、效率η为11.11％的单面HIT电池。

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1 引言

1.1 全球能源危机

1.2 光伏产业的动态及发展前景

1.3 太阳能电池简介

1.4 论文主要内容及构架

2 实验设备与测试方法

2.1 实验设备

2.2 薄膜测试方法

2.3 电池效率测试仪

2.4本章小结

3 射频磁控溅射低温制备ITO薄膜

3.1 实验方法

3.2 ITO薄膜沉积参数优化

3.3 ITO退火处理

3.4直流磁控溅射和射频磁控溅射制备出ITO的比较

3.5 本章小结

4 本征非晶硅层的真空退火对HIT电池的影响

4.1 制备流程

4.2 不加i层和加i层太阳能电池比较

4.3 a-Si:H薄膜退火处理

4.4本章小结

5 结论

参考文献

个人简历与硕士期间发表论文

个人简历

硕士期间发表论文

致谢