AZO薄膜的制备和性能研究及其在CIGS太阳能电池中的应用

【摘要】：在当今世界能源危机日益严重的形势下,人们对太阳能电池的研究取得了很大的发展。高质量的太阳能电池,特别是薄膜太阳能电池,其性能强烈的依赖于作为窗口电极的透明导电膜层的性能。目前ZnO:Al透明导电材料以其自身的一些优势成为了太阳能电池窗口层最常用的材料。因此,与太阳能电池的制备工艺整合起来研究AZO透明导电薄膜的制备工艺,对于太阳能电池光转化效率的提高和整个光伏产业的发展具有重大的意义。 本试验采用射频磁控溅射法,以2wt%Al_2O_3的ZnO靶材在玻璃衬底上制备AZO薄膜,分别研究溅射气压、溅射功率、衬底加热温度以及薄膜厚度对薄膜光电性能的影响,同时,考虑这些制备参数在应用于CIGS太阳能电池时的适用范围,并将AZO薄膜的制备与CIGS太阳能电池制备工艺整合起来,研究薄膜性能对电池性能的影响。 在AZO薄膜的制备与性能研究中,我们以电学性能为参照标准,得出最佳溅射气压为0.05Pa,最佳溅射功率为750W,最佳衬底加热温度为220℃。在最佳制备工艺参数条件下,所制备的AZO薄膜的方块电阻最低为6.005Ω/sq,电阻率最低为5.9×10~(-4)Ω·cm,迁移率最高为20.3cm2/V·S,同时,可见光区范围内透过率为87.5%。在对溅射气氛中掺氢制备的AZO薄膜的研究中发现,用高铝含量的ZnO靶材掺氢后制备的AZO薄膜其光电性能,尤其是近红外波段的光透过率并没有提高,这可能是因为靶材中铝的含量已经很高,导致薄膜中的载流子浓度依然很高,所以近红外波段的自由载流子吸收依然很高,氢的掺杂起不到降低光吸收的作用。 我们将AZO薄膜的不同制备工艺应用于CIGS薄膜太阳能电池,来研究AZO薄膜的制备工艺对电池性能的影响。结果显示,过高的溅射功率和衬底加热温度会使电池的性能受到损坏。最终,我们优化出应用于CIGS薄膜太阳能电池窗口层的AZO薄膜的最佳制备工艺参数为:溅射气压0.05Pa、溅射功率750W、衬底加热温度160℃、薄膜厚度700nm。改进电池吸收层的制备工艺后,以此工艺沉底电池窗口层,获得的电池效率最高达到了14.2%。 【关键词】：AZO薄膜 射频磁控溅射 CIGS太阳能电池
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TB383.2;TM914.42
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-23
• 1.1 课题研究的来源及背景9-10
• 1.2 AZO 透明导电薄膜概述10-14
• 1.2.1 透明导电薄膜简介10-11
• 1.2.2 ZnO 材料的结构特征11
• 1.2.3 ZnO 材料的基本特性11-12
• 1.2.4 AZO 薄膜的导电机理12-13
• 1.2.5 AZO 薄膜的研究进展状况13-14
• 1.3 AZO 薄膜在CIGS 太阳能电池中的应用14-18
• 1.3.1 CIGS 太阳能电池简介14-17
• 1.3.2 AZO 薄膜在CIGS 太阳能电池中的作用17-18
• 1.4 AZO 薄膜的制备18-20
• 1.4.1 磁控溅射法简介18-19
• 1.4.2 AZO 薄膜的射频磁控溅射法制备19-20
• 1.5 课题研究的内容、目的及意义20-23
• 1.5.1 课题研究的内容20-21
• 1.5.2 课题研究的目的和意义21-23
• 第二章 试验方法与过程23-28
• 2.1 溅射镀膜装置23
• 2.2 溅射材料23-24
• 2.3 玻璃衬底的清洗与处理24
• 2.4 试验参数与过程24-26
• 2.5 样品分析26-28
• 第三章 结果与讨论28-48
• 3.1 制备工艺参数对AZO 薄膜性能的影响28-39
• 3.1.1 溅射气压对AZO 薄膜性能的影响28-31
• 3.1.2 溅射功率对AZO 薄膜性能的影响31-34
• 3.1.3 衬底加热温度对AZO 薄膜性能的影响34-37
• 3.1.4 厚度对AZO 薄膜性能的影响37-39
• 3.2 AZO 薄膜的形貌39-41
• 3.3 掺氢AZO 薄膜的性能研究41-43
• 3.4 AZO 薄膜对CIGS 太阳能电池性能的影响43-48
• 结论48-50
• 参考文献50-55
• 致谢55

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