复合透明导电膜在太阳电池中的调控及应用

发布时间：2020-07-11 04:19

【摘要】：非晶硅太阳电池是太阳电池中重要类别之一,构成非晶硅(a-Si:H)太阳电池的材料主要有:a-Si:H薄膜、透明电极以及金属电极材料。其中,透明电极材料通常为透明导电氧化物(TCO)薄膜,它影响入射光的光损以及光生载流子的抽取;a-Si:H薄膜影响光的吸收系数、光稳定性以及光学带隙。可见,优化TCO以及a-Si:H薄膜对a-Si:H太阳电池的光电转化效率有着重要影响。针对TCO,首先,采用热反应蒸发沉积法制备氧化铟锡(ITO)薄膜,在沉积过程中对衬底加热,使ITO有更好的结晶。热反应蒸发所用材料是InSn合金,比例为90%In+10%Sn。在蒸发过程中,蒸发电流为65 A、衬底温度为110℃以及通入流速为230 sccm之氧气,以控制ITO的沉积速率,获得结晶性良好的40nm ITO薄膜,在可见光范围内平均透过率为87.36%以及方块电阻为1 kΩ/sq。其次,通过结合激光脉冲沉积(PLD)方法与磁控溅射法制备出高透过率(95.8%)、低电阻(6.8Ω/sq)的AZO/Ag/AZO(AAA)三层导电膜,并将其作为前电极用于CIGS太阳电池中。在模拟的AM1.5标准光源的照射下,该太阳电池转化效率为6.3%。与相同厚度下单层AZO(80 nm)CIGS太阳电池相比,短路电流由17.62mA/cm~2提升到25.32 mA/cm~2,效率提升48%,可大幅减少AZO的使用,降低生产成本。针对非晶硅太阳电池,首先,采用等离子增强化学气相沉积法(PECVD)制备不同氢稀释度(R_H)下的本征非晶硅薄膜吸收层,探究氢稀释度对其光学带隙、光暗电导、光稳定性等方面的影响。在R_H=5时,得到非晶硅带隙约为1.9 eV的非晶硅太阳电池,测得其输出参数为V_(oc)=0.875V,J_(sc)=15mA/cm~2,FF=66.7%,E_(ff)=8.98%。其次,在FTO为衬底的单结非晶硅太阳电池中,用ITO/Ag/ITO(IAI)三层复合导电膜做背反层,以提高电池开路电压以及转化效率。采用CO_2等离子体处理ITO表面,使其获得更高的表面能,提供富-OH键的环境,由此改变了Ag的生长模型。在此衬底上制备IAI复合导电膜时,可将Ag附着在ITO表面,制备出5 nm厚连续成膜的Ag薄膜。此薄膜会大幅降低短波处对光的等离子共振吸收,在可见光范围内,使薄膜的平均光学透过率达到92.7%。进而将此结构用于非晶硅电池的背反层,J_(sc)提高了0.5 mA/cm~2,V_(oc)提高了20 mV,电池效率提高到8.68%。将不同稀释浓度的银纳米线(Ag NW)喷涂在FTO玻璃衬底上,探究Ag NW对FTO的光学透过的调制。在Ag NW稀释比例为1:50时,喷涂后的FTO可见光平均透过率为73.26%,尽管低于未喷涂FTO的平均透过率(75%),但此样品用于非晶硅太阳电池的前TCO层,效率提高11.4%而达到7.93%,有很好的应用前景。
【学位授予单位】：内蒙古大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM914.4;TB383.2
【图文】：

图 2.1 四腔室团簇式 PECVD 沉积系统设备re 2.1 Deposition system equipment of four-chamber cluster P2.2 材料及电池表征

图 3.1 不同衬底温度下制备 ITO 薄膜的光学透过率ptical transmittances of ITO films prepared at different substrate teO 薄膜材料的影响和分析同氧流量下所制备 40 nm ITO 之透过率以及相应的光

图 3.2 不同氧流量条件下制备 ITO 薄膜(40 nm)的(a)透过率; (b)光学带隙Fig. 3.2 (a) Transmittances; (b) optical band gaps of ITO films (40 nm) fabricated by different oxygen flow rates3.2 磁控溅射法制备 ITO 薄膜

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本文编号：2749949