磁控濺射技術(shù)生長氫化Ga摻雜ZnO-TCO薄膜及其太陽電池應(yīng)用研究.pdf

1、為了進(jìn)一步提高太陽光的利用效率，獲得高效率的寬光譜太陽電池，這就要求作為陷光結(jié)構(gòu)的ZnO-TCO前電極在寬光譜區(qū)域內(nèi)具有較高的透過率，低電阻率和合適的絨面結(jié)構(gòu)。本論文采用直流磁控濺射技術(shù)在超白玻璃襯底上生長高質(zhì)量的H化Ga摻雜ZnO薄膜(HGZO)并應(yīng)用于硅基薄膜電池，主要的研究內(nèi)容如下：
　　 采用ZnO:Ga2O3陶瓷靶材，通過降低靶材中Ga摻雜濃度以降低薄膜中載流子濃度，從而提高薄膜透過率。同時，借助H在ZnO薄膜中施主作

2、用以改善薄膜電學(xué)性能，期望在Ga、H共摻雜作用下生長寬譜域高透過率、絨面結(jié)構(gòu)和合適電學(xué)性能的HGZO-TCO薄膜。系統(tǒng)地研究了H2流量、Ga摻雜濃度、襯底溫度、濺射氣壓、濺射功率及薄膜厚度等沉積參數(shù)對薄膜性能的影響。獲得的HGZO薄膜具有較低的電阻率～8.0×10-4Ωcm，較高的電子遷移率～30cm2/Vs；在可見光區(qū)域透過率大于85％，近紅外譜域(～1100nm)，其透過率仍大于80%。通過優(yōu)化工藝參數(shù)，利用磁控濺射技術(shù)直接生長出具

3、有絨面陷光作用的彈坑狀及類金字塔狀表面形貌的HGZO薄膜。
　　 考慮硅基薄膜電池的沉積溫度和電池實(shí)際應(yīng)用環(huán)境，對HGZO及HZO薄膜的穩(wěn)定性問題進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，H化ZnO薄膜經(jīng)過200℃真空退火和100℃空氣退火，其光電性能變化較小，具有較好的實(shí)際應(yīng)用的穩(wěn)定性，可以滿足硅基薄膜電池的應(yīng)用要求。
　　 在調(diào)節(jié)工藝參數(shù)制備出優(yōu)良光電性能的基礎(chǔ)上，針對寬譜域太陽電池的需要，采用梯度H2生長技術(shù)、緩沖層技術(shù)及濺射后腐蝕工

4、藝對HGZO薄膜進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化，以提高薄膜性能。采用梯度H2生長技術(shù)進(jìn)一步提高了薄膜長波區(qū)域透過率，薄膜表面彈坑狀形貌更加均勻且特征尺寸增大，薄膜散射透過率增大，波長為550nm處的絨度由5.7%提高至8.7%。加入10nm厚度IWO(In2O3：W，IWO)緩沖層生長獲得的IWO/HGZO復(fù)合膜具有良好光電性能，方塊電阻為3.6Ω，電阻率為6.2×10-4Ωcm，可見光及近紅外區(qū)域透過率(400-1100nm)為82.2%，其薄膜絨

5、度(550nm波長處)提升為18.4%。在濺射過程中引入H2可以增大腐蝕后薄膜表面粗糙度。通過后腐蝕工藝，可以使薄膜具有明顯的彈坑狀形貌，能夠有效改善直接制備的絨面HGZO薄膜類金字塔形貌邊緣尖銳的問題。
　　 研究了HGZO薄膜與非晶硅P層和微晶硅P層的界面接觸特性，并將制備的絨面結(jié)構(gòu)HGZO薄膜應(yīng)用于硅基薄膜電池前電極。直接制備的絨面HGZO薄膜應(yīng)用于非晶硅電池獲得6.0%的轉(zhuǎn)換效率，絨面HGZO薄膜經(jīng)過腐蝕優(yōu)化并應(yīng)用于微晶