AZO薄膜的制备及其在太阳能电池中的应用研究

【摘要】：透明导电氧化物薄膜因其具有较高的电导率、可见光透过率较高，在太阳能电池、液晶显示等领域应用广泛。ITO（Sn掺杂InO）薄膜是其中最性能最好的一种而得到广泛的应用。然而，按照目前的消耗量，世界上In的储量只能使用18年。另外，ITO薄膜具有毒性，易脆以及在还原性气氛中不稳定等缺点，因此目前需要寻找一种新型透明导电薄膜。AZO（Al掺杂ZnO）薄膜是一种可替代的材料。它具有原料丰富，无毒，在红外区透明度高等优点，因而可被应用在太阳能电池上。但是，相比于ITO薄膜，AZO薄膜的导电性略显不足，有待提高。 本实验利用直流磁控溅射法和溶胶-凝胶法制备AZO透明导电薄膜。我们研究溅射电流、本底真空和退火温度等因素对薄膜电学性能的影响。经优化改进后，AZO透明导电薄膜的电阻率达到3.4×10-4Ωcm，绝对透光率达到90%。研究不同的薄膜退火温度、Al3+掺杂浓度等条件对AZO透明导电膜微 观形貌、电学及光学性能的影响。结果表明，退火温度、Al3+掺杂浓度和预热处理温度都会对薄膜的电性能、光性能产生影响。经优化改进制备的AZO透明导电薄膜的电阻率达到1.8×10-3Ωcm，绝对透光率达到94%。比较使用磁控溅射和溶胶凝胶法制备的AZO薄膜之间的差异，分析其 能级结构，并将这两种方法制备的AZO薄膜作为的透明电极制作钙钛矿型太阳能电池，获得3.6%的光电转换效率。 【关键词】：透明导电薄膜 AZO薄膜 直流磁控溅射 溶胶凝胶 钙钛矿型太阳能电池
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 引言9-16
• 1.1 TCO薄膜简介9-10
• 1.2 AZO薄膜简介10-12
• 1.3 AZO薄膜的制备12-14
• 1.3.1 磁控溅射法制备AZO薄膜原理13-14
• 1.3.2 溶胶凝胶法制备AZO薄膜原理14
• 1.4 钙钛矿型太阳能电池背景14-15
• 1.5 课题研究内容及研究目标15-16
• 第2章 直流磁控溅射法制备AZO薄膜16-26
• 2.1 引言16
• 2.2 主要原料16
• 2.3 设备16
• 2.4 AZO薄膜的制备与检测16-18
• 2.4.1 溅射AZO薄膜16-17
• 2.4.2 AZO薄膜的退火处理17
• 2.4.3 AZO薄膜的表征17-18
• 2.5 AZO薄膜的性质18-24
• 2.5.1 本底真空气压对AZO薄膜性能的影响18-19
• 2.5.2 溅射电流对AZO薄膜性能的影响19-21
• 2.5.3 退火处理对磁控溅射法制备AZO薄膜性能的影响21-23
• 2.5.4 磁控溅射法制备AZO薄膜的形貌23-24
• 2.5.5 磁控溅射法制备AZO薄膜的透光性24
• 2.6 本章小结24-26
• 第3章 溶胶凝胶法制备AZO薄膜26-50
• 3.1 引言26
• 3.2 主要原料26
• 3.3 仪器设备26-27
• 3.4 AZO薄膜的制备与检测27-30
• 3.4.1 制备AZO薄膜27-29
• 3.4.2 AZO薄膜的退火处理29
• 3.4.3 AZO薄膜的表征29-30
• 3.5 AZO薄膜的性质30-49
• 3.5.1 AZO溶胶热重（DSC-TGA）分析30-32
• 3.5.2 不同预热处理温度对AZO薄膜性能的影响32-33
• 3.5.3 不同单层膜厚度对AZO薄膜性能的影响33
• 3.5.4 不同退火温度对AZO薄膜性能的影响33-38
• 3.5.5 不同Al~(3+)掺杂含量对AZO薄膜性能的影响38-43
• 3.5.6 不同热处理放置方式对AZO薄膜的性能的影响43-47
• 3.5.7 AZO薄膜的透射电镜图像47-48
• 3.5.8 溶胶凝胶法和磁控溅射法制备的AZO薄膜比较48-49
• 3.6 本章小结49-50
• 第4章 基于AZO薄膜的钙钛矿型太阳能电池50-58
• 4.1 引言50
• 4.2 主要原料50
• 4.3 仪器设备50
• 4.4 AZO薄膜能级的表征50-53
• 4.4.1 AZO薄膜的禁带宽度50-52
• 4.4.2 AZO薄膜的导带位置52-53
• 4.5 氧化锌纳米棒的生长53-54
• 4.6 电池的组装54-55
• 4.7 电池性能测试55-56
• 4.8 本章小结56-58
• 第5章 结论58-59
• 参考文献59-62
• 致谢62-64
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果64

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