新型太阳能电池对电极导电薄膜的性能研究

【摘要】：近年来,导电氧化物(TCO, Transparent Conductive Oxide)薄膜作为透明导电薄膜已在薄膜研究中占据主导地位,是材料科学中最重要的领域之一。其中氧化铟锡(ITO,In2O3:Sn)薄膜是目前研究和应用最广泛的透明导电薄膜之一。ITO薄膜具有立方体铁锰矿结构,禁带宽度为3.5eV,具有较高的功函数。因此其具有优异的光电特性,使其在平板液品显示器(LCD、薄膜晶体管(TFT)制造、红外辐射反射镜涂层、太阳能电池透明电极以及火车飞机玻璃除霜、建筑物幕墙玻璃等方面应用广泛。基于此,为满足作为新型太阳能电池对电极的要求,制备出同时具有高可见光透过率和高电导率的ITO透明导电薄膜是本论文研究的重点。制备ITO薄膜的主要方法有喷雾热解法,电子束蒸发法,溶胶-凝胶法,激光沉积法以及溅射法中的射频磁控溅射法,直流磁控溅射法,脉冲磁控溅射法。这些方法中,脉冲磁控溅射法不仅能克服等离子体不稳定、电弧放电、高沉积温度的缺点,而且沉积速率高均匀性好,可以在低温下较好的溅射于基底上。实验采用脉冲磁控溅射技术在普通载玻片玻璃、石英玻璃上制备了ITO透明导电薄膜。通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)对ITO薄膜的微观结构及表面形貌进行了分析,采用数字式四探针测试仪和UV-Vis分光光度计重点研究了溅射功率、溅射气压、溅射时间和衬底温度等工艺条件对ITO薄膜的光电性能的影响,旨在通过工艺参数的变化寻求高透过率与低方块电阻的最佳平衡点,以提高氧化铟锡(ITO)透明导电膜的光电性能,并对在不同基底下的ITO薄膜进行对比分析。在靶距为65mm,基底旋转速度为10r/min,背低真空为5×10-3Pa的条件下,研究了溅射气压、溅射功率、溅射时间和衬底温度对ITO薄膜性能的影响。研究结果表明：溅射功率45 W、溅射气压0.7 Pa、基底温度为300℃、溅射时间为45 min、以普通载玻片为基底的ITO薄膜可见光透过率达85%以上,方块电阻最小,达到5Ω/□左右。可以满足作为新型太阳能电池对电极的要求,达到了课题预想的目标。 【关键词】：脉冲磁控溅射 ITO薄膜 石英 透过率 光电性能
【学位授予单位】：大连工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TB383.2;TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-10
• 第二章 ITO薄膜概述10-24
• 2.1 引言10-11
• 2.2 TCO薄膜的发展历史11
• 2.3 ITO薄膜的晶体结构及光电机理11-14
• 2.3.1 晶体结构11-12
• 2.3.2 导电机理12-14
• 2.3.3 透光机理14
• 2.4 ITO薄膜的应用14-15
• 2.5 ITO薄膜的制备工艺15-20
• 2.5.1 化学气相沉积法16-17
• 2.5.2 喷雾热解法17
• 2.5.3 溶胶-凝胶法17-18
• 2.5.4 真空蒸发法18
• 2.5.5 离子束镀膜法18-19
• 2.5.6 磁控溅射法19-20
• 2.6 ITO薄膜的基片20-22
• 2.6.1 玻璃21
• 2.6.2 陶瓷基片21
• 2.6.3 单晶体基片21
• 2.6.4 柔性基片21-22
• 2.7 ITO靶材22
• 2.8 课题研究内容及创新之处22-24
• 第三章 实验部分24-31
• 3.1 实验药品24-25
• 3.2 脉冲磁控溅射系统25-27
• 3.3 ITO薄膜制备的实验流程27-28
• 3.4 ITO薄膜基片的清洗28
• 3.5 ITO薄膜的制备28-29
• 3.6 ITO薄膜性能分析测试方法29-31
• 3.6.1 X射线衍射仪(XRD)分析29
• 3.6.2 扫描电子显微镜(SEM)分析29
• 3.6.3 数字式四探针分析分析29
• 3.6.4 UV-Vis分光光度计分析29-31
• 第四章 实验参数石英基底上ITO薄膜性能的影响31-40
• 4.1 引言31
• 4.2 溅射功率对ITO薄膜性能的影响31-32
• 4.3 溅射气压对ITO薄膜性能的影响32-33
• 4.4 溅射时间对石英基底的ITO薄膜性能的影响33-38
• 4.4.1 薄膜物相结构分析33-36
• 4.4.2 薄膜表面形貌分析36
• 4.4.3 薄膜光性能分析36-38
• 4.4.4 薄膜电性能分析38
• 4.5 溅射气氛温度对ITO薄膜性能的影响38-40
• 第五章 不同基底上ITO薄膜性能的对比研究40-48
• 5.1 引言40
• 5.2 薄膜的晶体结构与形貌分析40-42
• 5.3 光学性能分析42-46
• 5.4 电学性能分析46-48
• 第六章 结论48-49
• 参考文献49-53
• 致谢53-54
• 附录 作者攻读硕士期间发表的论文及成果54

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