LPCVD技术制备的BZO薄膜及其在非晶硅薄膜太阳能电池中的应用

【摘要】：ZnO是一种N型宽带直接带隙半导体材料,室温下禁带宽度为3.37eV,有优异的压电、光电、压敏等特性,且电导率和透过率高,具有和ITO相媲美的电学、光学性能,原材料丰富且无毒,这使得ZnO薄膜能应用于平板显示器电极、气体传感器、太阳能电池等方面,并引起了广泛的关注和研究。为了优化ZnO的综合性能,加快其产业化,应用到太阳能电池中以提高其效率和稳定性,本文主要利用低压化学气相沉积技术(LPCVD),分别在玻璃、单晶硅及柔性衬底上制备出了具有陷光结构的ZnO:B薄膜前电极,并成功的应用于非晶硅薄膜柔性太阳电池。首先,利用LPCVD技术沉积制备ZnO:B薄膜(即BZO薄膜),分别讨论了沉积时间、硼烷掺杂流量、退火条件对BZO薄膜的结晶状态、微观结构、电学和光学等物理性质及性能的影响。其中,沉积时间决定了BZO薄膜厚度以及晶面取向生长,影响BZO薄膜的表面形貌和晶粒大小;B的掺入也会改变薄膜的生长特性,改变晶面生长的取向温度,展宽光学带隙,同时,还可以有效地降低薄膜的电阻率,有助于提高薄膜的电学稳定性;通过特定工艺条件退火后的薄膜的电学和光学性能得到了很大改善。实验结果表明:沉积时间为420s、硼烷掺杂量为50sccm、DEZ/H2O为450/150时,可生长出高质量的具有“绒面结构”BZO薄膜,再通过H2还原气氛200℃条件下退火30min可以大大的改善其电学性能。其次,在BZO薄膜基本工艺条件实验的基础上,本文利用传统的硅薄膜太阳能电池生产研发设备制备出非晶硅薄膜太阳能电池及组件,以探究制备柔性透明太阳能电池的工艺方案。将ZnO:B替代ITO用于非晶硅薄膜太阳电池,作为窗口透明电极和背电极,利用PECVD设备分别在PI和柔性玻璃衬底上沉积非晶硅薄膜,并用RD LSS激光设备划分绝缘制备非晶硅薄膜太阳能电池。通过测试J-V,可得PI衬底电池的开路电压Voc、短路电池Isc、转换效率(Eff)和填充因子(FF)分别为0.799V、12.82mA、5.10%和49.80%,表现出良好的透光性能;柔性玻璃衬底电池开路电压Voc、短路电池Isc、转换效率(Eff.)和填充因子(FF)分别为41.17V、478.1mA、9.16%和68.3%,具有优良的电学性能。 【关键词】：ZnO薄膜 低压化学气相沉积技术 透明导电氧化物 B掺杂ZnO 非晶硅 柔性透明太阳能电池
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O646.54;TM914.4
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 前言9-10
• 1.2 ZnO概述10-13
• 1.2.1 ZnO的基本性质10-11
• 1.2.2 ZnO光学特性11-12
• 1.2.3 ZnO的电学特性12-13
• 1.2.4 ZnO的压电气敏特性13
• 1.3 ZnO-TCO的研究现状及其制备技术13-16
• 1.3.1 TCO透明导电氧化物的研究现状13-14
• 1.3.2 ZnO-TCO薄膜的制备主流技术14-16
• 1.4 论文的主要内容和结构安排16-17
• 第2章 实验方法和分析测试技术17-25
• 2.1 LPCVD设备系统组成及原理17-18
• 2.2 实验设备及工作原理18-21
• 2.2.1 实验设备18-20
• 2.2.2 LPCVD-BZO薄膜的生长机理20-21
• 2.3 BZO薄膜的表征21-25
• 2.3.1 扫描电子显微镜（SEM）21-22
• 2.3.2 霍尔测试(Hall)22-23
• 2.3.3 Perkin-Elmer 750分光光度计23-24
• 2.3.4 电流一电压(I-V)测试24-25
• 第3章 LPCVD沉积制备BZO透明导电薄膜及其性能的研究25-43
• 3.1 引言25
• 3.2 沉积时间对ZnO薄膜特性的影响25-31
• 3.2.1 微观形貌26-27
• 3.2.2 导电性能27-28
• 3.2.3 光学减反性能28-30
• 3.2.4 本节总结30-31
• 3.3 不同B_2H_6掺杂流量对ZnO薄膜特性的影响31-36
• 3.3.1 微观形貌31-32
• 3.3.2 光学和电学性能32-35
• 3.3.3 本节总结35-36
• 3.4 不同条件下退火对BZO薄膜特性的影响36-43
• 3.4.1 不同退火时间对BZO薄膜光学电学性能的影响37-39
• 3.4.2 不同退火温度对BZO薄膜光学电学性能的影响39-40
• 3.4.3 不同退火气氛对BZO薄膜光学电学性能的影响40-42
• 3.4.4 本节总结42-43
• 第4章 LPCVD法在不同衬底上制备ZnO:B薄膜及电池性能的研究43-56
• 4.1 引言43
• 4.2 PI衬底柔性透明硅薄膜太阳能电池的制备及性能43-49
• 4.2.1 BZO薄膜的微观形貌45
• 4.2.2 BZO薄膜的透光性能45-46
• 4.2.3 BZO薄膜的电学性能46-47
• 4.2.4 PI衬底a-Si:H薄膜太阳能电池性能47-48
• 4.2.5 本节小结48-49
• 4.3 柔性玻璃衬底ZnO:B薄膜的制备及电池性能的研究49-56
• 4.3.1 实验条件49-50
• 4.3.2 BZO薄膜的微观形貌50
• 4.3.3 BZO薄膜的光学性能和电学性能50-52
• 4.3.4 性玻璃衬a-Si:H薄膜太阳能电池性能52-55
• 4.3.5 本节小结55-56
• 第5章 总结56-58
• 致谢58-59
• 参考文献59-65
• 攻读学位期间的研究成果65

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