用直流磁控溅射法研制非晶硅太阳电池ZnO／Al背反射电极.doc

用直流磁控溅射法研制非晶硅太阳电池ZnOAl背反射电极.txt机会就像秃子头上一根毛，你抓住就抓住了，抓不住就没了。我和你说了10分钟的话，但却没有和你产生任何争论。那么，我们之间一定有个人变得虚伪无比！过错是短暂的遗憾，错过是永远的遗憾。相遇是缘，相知是份，相爱是约定，相守才是真爱。 本文由yahoo814贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 维普资讯 第 卷 第 期 年 月 一 工 晶 体 学 报 人 。 用 直 流 磁 控 溅 射 法 研 制 非 晶 硅 太 阳 电 池 背 反 射 电 极 薛俊 明 ， 孙 建 ， 任慧志 ， 刘云周 ， 苓伟 ， 段 周祯华 ， 张德坤 ， 赵 颖 ， 新华 耿 （ 南开大学光电子薄膜 器件与技术研究所 ； 光电子薄膜器件与技术天津市重点实验室 ； 光电信息技术科学教育部重 点实验室， 天津） 摘要 ： 本文首先在低 温（ 和低功率下采用 ： ） 合金靶直流反应磁控 溅射 法研 制 ： 明导电膜 。然后 透 在单结 （ 或双结（ 非晶硅电池上沉 积约 ） ） 一 厚 的 透 明导 电膜 ， 最 后再用 电阻蒸发法沉积 电极 。实验获得了较好的 界面 ， 实现 了 背电极的增 反作用 ， 电池 的短 使 路 电流增加 光 电转化效率提 高 （ ， 绝对效率 ） 小面积电池效率达到 ， 。 关键词 ： 晶硅电池 ； 非 复合背 电极 ； 背反射 ； 短路电流 ； 转换效 率 中图分类号 ： 文献标识码 ： 文章编号 ： ） （ ！ ， ， ， （ ： ； ， ， ， ） （ ， ） ： ： ： （ （ ） ） ， ： ； ； ； ； 收稿 日期： 修订 日期 ： ； 基金项 目： 天津市科技发展计划项 目 （ ） 国家重点基础研 究发展规划“ ” 目 （ ， ） ； 项 作 者 简 介 ： 俊 明 （ ） 男 ， 肃 省 人 ， 教 授 。 薛 一 ， 甘 副 ： 维普资讯 人 工 晶 体 学 报 第 卷 引 言 对 非晶硅 太 阳电池 来说 ， 目前 的关 键 问题是 进一 步提 高 光 电转 换效 率 和 改善 稳 定 性 。 国内 外都 普 遍 采 取 了叠层 电池 结构 以达 到减 薄本 征 、 层 增强 内建 电场 ， 而在一 定 程度 上达 到 了抑 制 光致 衰退 的 目的 。提 从 高 电池 性能 的另一 个技 术途 径是 采用 陷光 结构 ， 即通 过采 用绒 面透 明导 电膜 以增 大光 在 电池 的光 程 ； 层 通 过 复 合背 反射 电极 以增强 背 电极对 长波 段光 的反 射作用 。其 中 合背反 射 电极 不但 复 可 以使 的 光吸 收增 强 ， 而增 大短路 电流 ， 高 电池 的转化 效率 ， 层 从 提 而且 可 以进一 步 减 薄 ， 善 电池 的 层 改 稳 定性 ； 此外 ， 可 以阻挡 金属 背 电极 元 素如 或 向 的扩散 ， 层 改善 界 面及 电池性 能 。 目前 ， 国 内关于复合背反射电极的研究较少 ， 本文就非晶硅 电池的复合背反射 电极的制备工艺条件 、 增反作用 、 界 面特性 及 复合 背反 射 电极对 电池 性能 的影 响等进 行 了研究 。 复合 背反射 电极增反原理 图 是硅基 薄膜 太 阳能 电池背 反射 电极 的增 反原 理 示意 图。利 用薄 膜干 涉 原理 ， 薄 膜上 、 表面 对某 使 下 种波 长 的光 的反射 光发 生相 长干 涉 ， 结果 是增 加 了该光 的反 射 ， 少 了它 的透 射 。 其 减 图 背反射原理示意图 假设 太 阳光垂 直入射 ， ， 略 层 影 响 ， 即 。忽 主要 考 虑 层 对 反 射 的影 响 （ 式 中 的 ： 公 ， ， ） ， 。当膜厚 满足 条件 （ 虑半波 损失 ） 考 ： （ ） 时干 涉增 强 时干涉 减弱 根据 以上 公 式 ， 的折 射 率 ， 射 光 的 波 长 为 ， 时 ， 知 的厚 度 当 入 若 可 因此 ， 般复 合背 反射 电极 的厚 度约 为 。 一 一 。 实 验 本 文制 备 ： 采用 的是 ： 合金 靶 直 流 反 应磁控 溅射 ， 射 靶 材 选 用 重 量 百 分 比为 （ 溅 原 子百分 比约 为 ） 的金 属 靶 ， 射 时衬 底 温度 在 溅 范 围 内调 节 ， 到 基 片 的距 离 为 ， 靶 溅射 时通 人 比为 的 、 混合 气 体 ， 射气 压 为 直 流 溅 射 功 率 为 溅 ， 。在 上述 工艺 条件 范 围 内对 透 明导 电膜 的 工 艺条件 进行 了优 化研 究 。 然 后 在 单 结 （ ）或 双 结 （ ） 晶硅 电池 上沉 积约 非 一 厚 的 图 不同厚度 的光透过率 维普资讯 第 期 薛俊 明等 ： 用直流磁控溅射法研制非 晶硅太 阳电池 背反射 电极 透 明导 电膜 ， 后再用 电阻蒸 发法 沉积 电极 。实 验获得 了较 好 的 最 界 面 ， 现 了 的增 实 反作 用 。 结果 与讨 论 低温 溅射 由于制 备 ： 时不 能破坏 已沉积 的非 晶硅 电池 ， 故溅 射 ： 的衬 底 温度 必 须低 于 制备 非 晶硅 时 电池 的衬 底温度 ， 而本 文 中制备 电池 的加 热器 指 示 温 度 为 （， 片 的 实 际温 度 约 在 ， 在 电 基 故 池 上溅 射 ： 的基 片温度 选择 。其它 优化 工艺 参数 为 ， 到基 片 的距离 ， 射 时通人 、 靶 溅 ， 混合气体的 ： 比为 ， 溅射气压 为 直流溅射功率约为 ， 。这样制备 的 ： 在厚度为 时方块电阻约为 口， 折射率约为 （ 时 ） 左右 ， 在可见光波段 的光透过率 在 以上 （ 图 所 示 ） 如 。 董 酱 图 （） 不同厚度 的 谱 （ ） 图 （ ） 峰强度随 厚度的变化 （ ） 图 是不 同厚 度 的 射 线 衍射谱 ， 是 图 中 谱 的 峰 （ ） （） 图 （） （） 。 强度 随 厚度 的 变化 。由 图 可 以看 到 ， 的晶化状 态 随着厚 度 的增加 显 著提 高 ， 和 晶化 较 好 ， 只有 微 弱 的晶化 峰 ， 根本 没 有任何 晶 化 。 界面 的研 究 为 了研 究 界 面 的 电接 触 特 性 ， 制 备 并 特 测 量 了 暗 态 特性 ， 且 一 的 并 与 行 了 比较 （ 图 所示 ） 由图 一 进 如 。 可 以看 到 ， 在 和 之 间 加入 层 后 ， 基本 上 没 有改 变 其 暗 态 ，特 性 ， 说 明溅 射 没 有 改 变 ， 这 一 的材 料性 能 ， 且 界面 良好 。 并 复合背 电极 的增 反作 用 图 示 出 了不 同厚度 的 和 所 构成 的复 合 背 电极 的增反 作用 。由 图 可 以看 到 ， 对于 金属 相 背 电极 ， 和 厚 的 与 构 成 的复 合 背 电极 在 可见光 区都 由较 强 的增反 作 用 ， 厚 的 更好。 图 界 面 的 暗 态 ， 特性 维普资讯 人 工 晶 体 学 报 第 卷 图 电极 的 增 反 作 用 背 图 有 无 背 电极 的 测 试 比较 复合背 电极 对 电池性 能的 影 响 本文 实验证 明 ， 采用 复 合背 电极 ， 以使薄 膜非 晶硅 电池 性能 产生 如下 几点 变化 ： 可 （ ） 层 电池开 路 电压 略 有上 升 叠 开路 电压 主要 由 和 个重 掺杂 层 的费 米 能 级之 差 决定 ， 外 面也 影 响 。在 两 另 和 界 层 材料上 溅射 ： 反射 电极 ， 背 原则 上不 会对 有太 大 的影 响 。但 是 ， 由于 ： 的电 导率 小约 两 个 量级， 因此 ， 层 和 金属 背 电极 之 间加 人 ： 会在一 定 程度 上 阻止 的漏 电 ， 大 电池并 联 电阻 ， 在 ， 增 从 而增 大 电池 的开路 电压 。 （） 短路 电流 提高 图 为 有无 背 电极 的电池量 子效 率 （ 测 试 比较 ， 图中可 以看 出 ： 电极 增加 了电池 的 ） 从 背 响应带 宽 ， 其显 著增 加 了 电池 在红 光方 向的响应 强度 。进 而增 加 了 电池 的短路 电流 ， 到 了制备 氧化锌 背 尤 达 电极 的 目的 。 （ ） 充 因子 填 略有 下 降 填充 因子 主要 由电池 的串联 电阻 和并联 电阻决 定 ， 背反 射 电极 的加人会 增 加 串联 电阻值 。所 以 略有下 降 。因此 ， 会 要提 高 电池 的转 换 效 率 ， 要 尽 量 减 小 串联 电 阻值 。为 了减 少 串联 电 阻 ， 电极 与 就 背 间必 须形成 良好 的欧姆 接触 ， 之 尽量 减少 对载 流 子 的 阻挡 作用 。这就 要 求 的 电 率要 尽 可 能 的小 。 阻 对磁 控溅 射技 术制 备 的 背反 射 电极来说 ， 就要 在提 高 光 电特 性 的 同时 ， 量减 小 磁 控溅 射 过 程 中 尽 对 层 的离 子 轰击 。 图 单结 非晶硅电池性能 图 双结非 晶硅 电池性能 维普资讯 第 期 薛俊 明等 ： 用直流磁控溅射法研制非 晶硅太 阳电池 背反射电极 （） 电池 效率提 高 约 （ 对效率 ） 绝 采 用 复合背 反射 电极 的可 以提 高 电池 的 转换 效 率 百 分 点 。其 主 要 原 因是 电池 短 路 电流 增大 了短路 电流 。 图 和 图 分别 表示 采用 复合 背 电极 后 获得 的典 型 的小 点单 结 和 双结 非 晶硅 太 阳 电池 的 电池 性能 。由图 和图 所见 ， 小点 电池 效率 高达 左 右 。 （） 电池稳 定性 明显提 高 。 可 以阻 挡金 属背 电极元 素 如 或 向 的扩 散 ， 善 界面 及 电池 性 能 ， 层 改 因而 可 以提 高 电池 的 稳定 性 。 结 论 本 文通 过对 ： 温溅 射 工艺 的优 化 ， 低 比较成 功 地解 决 了溅射 ： 对非 晶 硅 电池 的损 伤 问题 ， 将 背 反射 电极 引入非 晶硅 电池 中 ， 电池在 开 路 电压 、 使 填充 因子 基 本 不 变 的情 况 下 ， 路 电 短 流 和 电池效率 显 著提 高 ， 获得 了效率 在 左右 的小点 单结 及叠 层非 晶硅 太 阳电池 。 参 考 文 献 ， ， ， ； ， ， ， ， ， ? ， ： ， ， ， ， ， ； ， ? ， ， ， ， ? ， ， ，