AZO薄膜的制备及其在硅基薄膜太阳电池中的应用

摘要

透明导电氧化物薄膜是薄膜太阳电池中的一个重要结构，因具有良好的光电性能而被广泛地应用在薄膜太阳电池的前电极和背电极。高质量的透明导电氧化物薄膜是进一步提高太阳电池效率的关键所在。
　　AZO（掺铝氧化锌）是近些年来研究较多的新型透明导电材料，具有成本低廉、资源丰富、无污染的优势，并且具有优良的光电特性，因此广泛应用在薄膜太阳电池中，被认为是最具发展潜力的材料之一。
　　本文采用射频磁控溅射法在玻璃衬底上制备了AZO透明导电膜，研究了氩气压强、氩气流量、衬底与靶材之间的距离对AZO透明导电膜光电性能的影响，优化了制备AZO薄膜的工艺参数。为了进一步降低薄膜的电阻率，我们采取了在氩气氛围中通入H2的方法对AZO薄膜进行氢化处理。氢化处理后的AZO薄膜在厚度为230 nm的情况下，薄膜的方块电阻为40.8Ω/，是相同条件下未氢化薄膜方块电阻的1/6，可见光的平均透过率在87％以上。结果表明，对AZO薄膜的氢化处理能够有效地提高薄膜的电学性能。
　　将优化后的AZO透明导电膜应用在非晶硅锗太阳电池的背反射电极，结果表明在500-900 nm波段，太阳电池的QE曲线显著增加，电流密度由原来的12.1mA/cm2增加到了14.9 mA/cm2，电池效率提高了1％。
　　此外，在石英片和硅片上制备了石墨烯薄膜，制备的薄膜分布均匀，生长较好。然后采用相同的方法在AZO薄膜表面生长了石墨烯薄膜，经原子力显微镜表征发现，生长了石墨烯的AZO薄膜表面变得粗糙。对其光电性能进行测试，发现方块电阻变大，其平均透过率与AZO薄膜相比相差不大。
　　最后，在柔性衬底聚酰亚胺上，通过射频磁控溅射的方法生长了AZO透明导电膜。结果发现，该薄膜在厚度为610nm时，方块电阻仅为16.7□Ω/□。在聚酰亚胺衬底上生长的AZO薄膜的平均透过率在89％以上。

目录

声明

致谢

摘要

1 引言

1．1 硅基薄膜太阳电池

1．1．1 硅基薄膜太阳电池的研究背景和意义

1．1．2 硅基薄膜太阳电池的结构及其工作原理

1．2 透明导电氧化物薄膜概述

1．3 AZO透明导电膜

1．3．1 AZO薄膜的特性

1．3．2 AZO薄膜的国内外研究现状

1．4 本文研究的目的及主要内容

2 AZO薄膜及太阳电池的制备与表征

2．1 AZO薄膜的制备方法

2．1．1 磁控溅射法

2．1．2 溶胶-凝胶法

2．1．3 化学气相沉积法

2．1．4 脉冲激光沉积法

2．2 薄膜材料及太阳电池的表征方法

2．2．1 薄膜的透射谱分析

2．2．2 薄膜的方块电阻测试

2．2．3 薄膜的厚度测试

2．2．4 扫描电镜(SEM)分析

2．2．5 原子力显微镜(AFM)

2．2．6 电流电压(I-V)测试

2．2．7 外量子效率

3 射频磁控溅射制备AZO透明导电膜的研究

3．1 氩气压强对AZO薄膜性能的影响

3．1．1 氩气压强对AZO薄膜沉积速率及电学性能的影晌

3．1．2 氩气压强对AZO薄膜光学性能的影晌

3．2 氩气流量对AZO薄膜性能的影响

3．2．1 氩气流量对AZO薄膜电学性能的影响

3．2．2 氩气流量对AZO薄膜光学性能的影响

3．3 衬底与靶材间距对AZO薄膜性能的影响

3．3．1 衬底与靶材间距对AZO薄膜电学性能的影响

3．3．2 衬底与靶材间距对AZO薄膜光学性能的影响

3．4 AZO薄膜厚度对方块电阻的影响

3．5 常温条件下制备AZO薄膜的研究

3．6 AZO薄膜的氢化处理

3．6．1 衬底温度为150℃时AZO薄膜的氢化处理

3．6．2 常温条件下AZO薄膜的氢化处理

3．6．3 两种情况下氢化AZO薄膜的对比

3．7 本章小结

4 AZO薄膜在薄膜太阳电池背反射电极中的应用

4．1 硅基薄膜太阳电池的工艺流程

4．2 AZO透明导电膜在硅基薄膜太阳电池中的应用

4．3 本章小结

5 AZO衬底上生长石墨烯的研究

5．1 在硅片和石英片上制备石墨烯薄膜

5．2 在AZO薄膜表面生长石墨烯薄膜

5．2．1 实验步骤

5．2．2 薄膜材料的的表征

5．3 本章小结

6 柔性衬底上制备AZO薄膜的研究

6．1 柔性透明导电膜简介

6．2 材料的制备与表征

6．2．1 聚酰亚胺衬底上AZO薄膜的制备

6．2．2 薄膜的表面形貌分析

6．2．3 薄膜的电学性能分析

6．2．4 薄膜的光学性能分析

6．3 本章小结

7 结论

参考文献

作者简历

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