MOCVD生长B掺杂ZnO薄膜的性能改善及应用

摘要

ZnO-TCO(TCO: transparent conductive oxides)薄膜以其良好的光电性能被广泛应用于硅基薄膜太阳电池。金属有机化学气相沉积技术(MOCVD)具有沉积速率快、镀膜温度低、可直接生长绒面结构的ZnO薄膜和大面积沉积等优点，成为生长ZnO薄膜的重要技术。直接生长获得的掺硼氧化锌(ZnO∶B，BZO)薄膜表面形貌过于尖锐，作为硅基薄膜太阳电池的前电极时，将影响后续硅基薄膜材料生长质量及太阳电池的光电转换效率。为了改善BZO薄膜作为前电极对太阳电池生长的影响，本文通过设计薄膜结构及薄膜表面处理等方法，有效地改善了BZO薄膜的表面特性及其光电性能，具体研究内容包括:
　　(1)通过氧化铟锡(ITO)薄膜对表面呈现“类金字塔状”的BZO薄膜进行改性，在生长第二层BZO薄膜。具体方法是用超薄的ITO薄膜(～4nm)作为中间层，并通过对顶层BZO薄膜的厚度调制，改善多层膜glass/BZO/ITO/BZO的表面特性。合适厚度的顶层BZO薄膜能获得类似“菜花状”形貌特征，尖锐的表面趋于“柔和”，而较厚的顶层BZO薄膜仍然保持“类金字塔状”形貌。
　　(2)利用Ar等离子体刻蚀BZO薄膜表面，使尖锐的“类金字塔状”表面形貌发生改变，形成相对平缓的“山丘状”结构。通过调节Ar等离子体刻蚀的时间、功率、气压等条件，获得不同改变程度的表面形貌。经过Ar等离子体刻蚀处理得到表面相对平滑的BZO薄膜。
　　(3)研究CO2等离子体刻蚀BZO薄膜，对不同条件下得到的BZO样品进行比较。在改善薄膜表面形貌的情况下，通过氧原子填充部分空隙，提高BZO薄膜的光学透过率，同时获得较好的电学性能。
　　(4)将获得“菜花状”表面形貌的glass/BZO/ITO/BZO多层膜应用于p-i-n型氢化微晶硅（μc-Si∶H）薄膜太阳电池。相比常规的BZO薄膜，新型多层膜结构使太阳电池的量子效率(QE)在500-800nm波长范围提高了～10％，从而提高了短路电流密度Jsc，同时开路电压Voc略有提高。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

第一节 研究背景

第二节 研究现状

第三节 研究内容及目标

第四节 论文组织结构

第二章 ZnO薄膜特性及硅基薄膜太阳电池基础

第一节 透明导电薄膜材料

第二节 ZnO薄膜的性质及制备方法

2．2．1 溅射技术

2．2．2 金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术

2．2．3 溶胶-凝胶(Sol-gel)技术

2．2．4 等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术

2．2．5 分子束外延(MBE)技术

2．2．6 其他技术

第三节 ZnO薄膜和硅基薄膜电池性能的表征

2．3．1 TCO薄膜电极的基本要求

2．3．2 ZnO-TCO薄膜的表征方法

2．3．3 硅基薄膜太阳电池的表征方法

第四节 本章小结

第三章 ITO中间层改善掺硼ZnO薄膜性能

第一节 实验方案与理论基础

第二节 顶层BZO薄膜调节研究ITO中间层对多层膜性能的影响

3．2．1 多层膜的结构与形貌

3．2．2 多层膜的电学性能

3．2．3 多层膜的光学性能

3．2．4 小结

第三节 底层BZO薄膜调节影响多层膜性能

3．3．1 多层膜的微观结构与形貌

3．3．2 多层膜的电学性能

3．3．3 多层膜的光学性能

第四节 本章小结

第四章 Ar等离子体刻蚀对BZO薄膜性能的影响

第一节 实验基础与方法

第二节 时间对刻蚀BZO薄膜的影响

4．2．1 BZO薄膜的结构和形貌

4．2．2 BZO薄膜电学性能分析

4．2．3 BZO薄膜的光学透过率

4．2．3 小结

第三节 气压对刻蚀BZO薄膜的影响

4．3．1 实验条件及方案

4．3．2 样品的表面形貌

4．3．3 样品的电学特性

4．3．4 样品的光学特性

第四节 功率对刻蚀BZO薄膜的影响

4．4．1 实验条件及方案

4．4．2 BZO薄膜表面形貌变化

第五节 Ar气流量对刻蚀BZO薄膜的影响

4．5．1 实验条件及方案

4．5．2 实验结果与讨论

第六节 本章小结

第五章 CO2等离子体刻蚀BZO薄膜

第一节 刻蚀时间对CO2等离子体刻蚀BZO薄膜的影响

5．1．1 实验方案

5．1．2 薄膜的结构形貌

5．1．3 薄膜的光学性能

5．1．4 薄膜的电学性能

5．1．5 小结

第二节 气压对CO2等离子体刻蚀BZO薄膜的影响

5．2．1 实验方案

5．2．2 BZO薄膜的表面形貌

5．2．3 BZO薄膜的光电特性

5．2．4 小结

第三节 功率对CO2等离子体刻蚀BZO薄膜的影响

5．3．1 实验方案

5．3．2 BZO薄膜样品表面性能分析

第四节 本章小结

第六章 BZO薄膜在硅基薄膜太阳电池上的应用

第一节引言

第二节 微晶硅薄膜太阳电池工艺基础

第三节 多层膜用于微晶硅薄膜太阳电池

第四节 本章小结

第七章 总结与展望

参考文献

致谢

个人简历

在学期间发表的学术论文情况