基于MOCVD-ZnO的電極研究及在硅薄膜太陽電池中的應用.pdf

1、為提高硅基薄膜太陽電池對入射光的利用率，在電池中引入陷光結構至關重要。在NIP型硅基薄膜太陽電池中，陷光作用主要來源于粗糙的背反射電極。傳統(tǒng)的Ag/ZnO背反射電極不容易獲得較大的表面粗糙度，且厚的Ag薄膜會對入射光產生較強的等離子激元吸收效應。本論文以金屬有機物化學氣相沉積(MOCVD)工藝制備的ZnO薄膜為基礎，設計并研究了ZnO/Ag/MOCVD-ZnO復合背反射電極，其中薄層Ag薄膜依附于粗糙的 MOCVD-ZnO模板，能夠降低

2、等離子激元吸收損耗，對入射光產生有效的反射和散射，進而實現(xiàn)電池所需的陷光能力。而在 PIN型硅基薄膜太陽電池中，陷光作用主要來源于絨面的透明導電氧化物（TCO）前電極。本論文以MOCVD工藝制備的ZnO：B薄膜作為太陽電池的TCO前電極，其天然形成的“類金字塔”形貌能夠對入射光產生有效的陷光效果。但由于粗糙 ZnO：B薄膜表面形貌過于尖銳，容易導致電池內部缺陷增多、電學性能惡化。為此本文設計采用直流磁控濺射技術對 ZnO：B薄膜進行物理

3、“刻蝕”，成功實現(xiàn)了對尖銳形貌的修飾，改善了電池的電學性能，進而提升了電池的光電轉化效率，具體研究內容和研究結果如下：
　　（1）設計并研究了 ZnO/Ag/MOCVD-ZnO復合背反射電極。首先采用MOCVD工藝制備不同表面粗糙度的ZnO薄膜作為背反射電極的陷光模板，研究其陷光能力。然后采用熱蒸發(fā)以及磁控濺射工藝在 ZnO模板上覆蓋一層 Ag薄膜，探究不同表面微結構的Ag薄膜等離子激元吸收損耗以及光學反射情況。另外，由于在制備Z

4、nO緩沖層過程中，Ag薄膜微結構會發(fā)生變化，進而會影響背反射電極對入射光的吸收，實驗中提出通過調控表層ZnO薄膜的沉積工藝來抑制等離子激元吸收損耗。
　　通過工藝參數(shù)的綜合調節(jié)與優(yōu)化，獲得較佳復合背反射電極的沉積條件是：采用MOCVD工藝在玻璃襯底上沉積4μm厚的ZnO薄膜作為背反射電極粗糙度模板，熱蒸發(fā)覆蓋一層450nm厚的 Ag薄膜為背反射電極提供強反射，繼而采用直流磁控濺射技術在325℃條件下沉積100nm厚的ZnO:Al緩

5、沖層，該背反射電極實現(xiàn)了較佳的光管理效果。
　　另，將MOCVD-ZnO直接應用到PIN型硅薄膜太陽電池中，同時結合金屬銀和鋁的引入，構建了MOCVD-ZnO：B/Ag/Al背反射電極，基于此背電極的非晶硅/非晶硅鍺/微晶硅三結疊層太陽電池的效率達到了16.07％。
　　（2）引入直流磁控濺射工藝對MOCVD-ZnO：B尖銳形貌進行修飾，進而提升電池的性能。通過調控磁控濺射工藝過程中濺射功率、時間來實現(xiàn)對 BZO薄膜的形貌進

6、行修飾，然后在修飾后的 TCO薄膜表面沉積合適厚度的小尺寸BZO薄膜，進一步鈍化TCO表面的尖銳形貌，同時增強陷光效果。將修飾后的TCO薄膜應用到硅基薄膜太陽電池中，成功改善了電池的電學性能以及轉化效率。
　　通過不斷調節(jié)與優(yōu)化，獲得較佳修飾條件為：采用直流磁控濺射技術，濺射功率為340W，對BZO薄膜進行14min的修飾處理，待BZO薄膜尖銳形貌被“刻蝕”后，在HZO/BZO表面覆蓋一層350nm厚的小尺寸BZO薄膜，該工藝制備