基于银纳米线复合透明电极在非晶硅太阳电池中的应用
发布时间：2021-03-06 21:30
透明导电氧化物（TCO）薄膜既在可见光波长范围内有很高的光学透过率,又具有相近于金属薄膜的高导电性能,被广泛应用于各种电子设备。目前,已有多种类型的TCO在商用硅薄膜太阳电池中得到了应用,例如:氧化铟锡（ITO）、氧化锡（SnO2）和氧化锌（ZnO）等。氧化铟锡薄膜作为一种宽带隙（带隙范围为:3.5-4.3 eV）、高简并的半导体,相比其它类型的导电薄膜具有更好的导电性和更高的可见光透射率。然而,在实际应用中氧化铟锡薄膜会存在以下问题:（1）氧化铟锡主要成分是铟,为稀有金属,随着需求的增加,其市场价格急剧上升;（2）部分器件要求氧化铟锡薄膜具有很低的表面电阻,在相同制作工艺下需要增加薄膜厚度来降低ITO膜表面电阻,当薄膜厚度超过500 nm时,光学透过率急剧下降,近红外波段的影响尤为明显;（3）氧化铟锡薄膜机械弹性较差,不易弯曲,在外力作用下容易开裂甚至脱离基底,不适合作为柔性器件的透明电极。针对上述问题,本论文进行了以下三个方面的研究:（1）利用超声喷涂镀膜技术,在氟掺杂氧化锡（FTO）导电衬底上制备一层网格状银纳米线（Ag NW）薄膜,探究不同覆盖率的Ag N...
【文章来源】：内蒙古大学内蒙古自治区 211工程院校
【文章页数】：50 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
最佳研究电池效率表
内蒙古大学硕士学位论文2铜铟镓硒和非晶硅电池[5]。这些电池层的厚度只有几微米，但是转换效率却很高，如CdTe电池的最高转换效率已达到25.2%[6]。薄膜太阳电池柔韧性好，重量轻，非常适合便携式应用，还可应用于士兵的作战设备发电和利用太阳发电的窗户。薄膜太阳电池受益于制造工艺简单，与硅电池及其他太阳电池所需的制造技术相比，这种技术不但节能，且易于规模化生产。新一代太阳电池由有机材料[7]、量子点[8]和有机-无机混合材料(也称为钙钛矿)[9]构成，所需成本更低，制造技术更简单。钙钛矿太阳电池的最新效率已经突破25.2%[10]，但目前因为电池效率衰减太快还未大规模应用。硅太阳电池、Ⅲ-V族太阳电池以及薄膜太阳电池的单结效率已接近理论转换效率，提升的空间有限，实验室将不同种类的太阳电池叠加在一起形成叠层电池尽可能增加电池的光吸收，以提高其转换效率[11]，目前叠层电池效率已经突破47.1%，是由美国NREL实验室制备的四结叠层电池所保持[12]。图1.2给出典型的双层有机叠层太阳电池的结构示意，上下两结电池靠中间的隧道结相连接，隧道结一般是由高透过的导电薄膜构成，包括高分子聚合物（PEDOT：PSS）或者透明导电氧化物（TransparentConductingOxide,TCO）等[14]。在追求单节电池的极限效率同时，降低电池因串联时在隧道结的空穴-电子的损失也是提升电池效率的重要手段，其中TCO薄膜由于其具有较高的可见光透射率、较高的红外反射率、良好的导电性以及优异的基片粘附性等性能，使其成为科学前沿的重要方向[15]-[18]。图1.2双层有机叠层太阳电池的结构示意[13]Figure1.2Structuraldiagramofatwo-layerorganicsolarcell
票覆煌??С煞只蛘弑壤?谋∧ぃ??浅粱??倘菀仔纬芍?淳?褰峁梗?雇淝?潭冉?差；利用热蒸发法制备TCO薄膜时，蒸发流能量较低，对上层沉积薄膜造成的损伤较低，但是沉积的薄膜容易脱落。利用磁控溅射法沉积ITO薄膜，可以采用合金单靶溅射法，也可采用多靶共溅射法。在常温下制备的薄膜均匀程度高、可重复性好，其光学和电学性能优良。整个过程操作简单、耗能较低、工艺稳定，适于连续大面积生产。本实验涉及到的ITO薄膜均采用磁控溅射镀膜设备所完成，设备主要包括送样室、样品沉积室、高真空泵、控制平台和水冷系统，如图2.1所示。图2.1磁控溅射镀膜设备Figure2.1Magneto-controlledsputtercoatingequipment在磁控溅射过程中，电子1在外加电场E的作用下，由负极板向基片方向高速运动，在运动过程中动能较高的电子与氩原子发生碰撞，使其电离产生Ar+离子和二次电子2。Ar+离子在极板间经历复杂的散射过程和靶原子碰撞，将部分动能传递给靶原子，当靶材表面附近的靶原子或分子获得向外运动的足够动能，则脱离靶材在基片上沉积形成薄膜。在电离氩原子的过程中，部分二次电子动能较低，靠近基底时流入正极板；剩余的二次电子3可在电场和磁场的作用下出现漂移运动，其运动轨迹类型为螺旋式前进，运动方向为E（电场）×B（磁场）所指方向，3经电场加速后撞击Ar原子使其产生电离，从而沉积薄膜，当3的能量消耗殆尽，其在电场E的作用下逐渐远离靶材表面，并最终流入正极。本实验所用仪器内部磁体在靶材上方形成环形磁场，二次电子会在靶材附近的等离子体区域内做螺旋式前进，其加速路径增加，加速时间变长，电离出的离子获得动能变大，从而提高了薄膜的沉积速率。
本文编号：3067847
【文章来源】：内蒙古大学内蒙古自治区 211工程院校
【文章页数】：50 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
最佳研究电池效率表
内蒙古大学硕士学位论文2铜铟镓硒和非晶硅电池[5]。这些电池层的厚度只有几微米，但是转换效率却很高，如CdTe电池的最高转换效率已达到25.2%[6]。薄膜太阳电池柔韧性好，重量轻，非常适合便携式应用，还可应用于士兵的作战设备发电和利用太阳发电的窗户。薄膜太阳电池受益于制造工艺简单，与硅电池及其他太阳电池所需的制造技术相比，这种技术不但节能，且易于规模化生产。新一代太阳电池由有机材料[7]、量子点[8]和有机-无机混合材料(也称为钙钛矿)[9]构成，所需成本更低，制造技术更简单。钙钛矿太阳电池的最新效率已经突破25.2%[10]，但目前因为电池效率衰减太快还未大规模应用。硅太阳电池、Ⅲ-V族太阳电池以及薄膜太阳电池的单结效率已接近理论转换效率，提升的空间有限，实验室将不同种类的太阳电池叠加在一起形成叠层电池尽可能增加电池的光吸收，以提高其转换效率[11]，目前叠层电池效率已经突破47.1%，是由美国NREL实验室制备的四结叠层电池所保持[12]。图1.2给出典型的双层有机叠层太阳电池的结构示意，上下两结电池靠中间的隧道结相连接，隧道结一般是由高透过的导电薄膜构成，包括高分子聚合物（PEDOT：PSS）或者透明导电氧化物（TransparentConductingOxide,TCO）等[14]。在追求单节电池的极限效率同时，降低电池因串联时在隧道结的空穴-电子的损失也是提升电池效率的重要手段，其中TCO薄膜由于其具有较高的可见光透射率、较高的红外反射率、良好的导电性以及优异的基片粘附性等性能，使其成为科学前沿的重要方向[15]-[18]。图1.2双层有机叠层太阳电池的结构示意[13]Figure1.2Structuraldiagramofatwo-layerorganicsolarcell
票覆煌??С煞只蛘弑壤?谋∧ぃ??浅粱??倘菀仔纬芍?淳?褰峁梗?雇淝?潭冉?差；利用热蒸发法制备TCO薄膜时，蒸发流能量较低，对上层沉积薄膜造成的损伤较低，但是沉积的薄膜容易脱落。利用磁控溅射法沉积ITO薄膜，可以采用合金单靶溅射法，也可采用多靶共溅射法。在常温下制备的薄膜均匀程度高、可重复性好，其光学和电学性能优良。整个过程操作简单、耗能较低、工艺稳定，适于连续大面积生产。本实验涉及到的ITO薄膜均采用磁控溅射镀膜设备所完成，设备主要包括送样室、样品沉积室、高真空泵、控制平台和水冷系统，如图2.1所示。图2.1磁控溅射镀膜设备Figure2.1Magneto-controlledsputtercoatingequipment在磁控溅射过程中，电子1在外加电场E的作用下，由负极板向基片方向高速运动，在运动过程中动能较高的电子与氩原子发生碰撞，使其电离产生Ar+离子和二次电子2。Ar+离子在极板间经历复杂的散射过程和靶原子碰撞，将部分动能传递给靶原子，当靶材表面附近的靶原子或分子获得向外运动的足够动能，则脱离靶材在基片上沉积形成薄膜。在电离氩原子的过程中，部分二次电子动能较低，靠近基底时流入正极板；剩余的二次电子3可在电场和磁场的作用下出现漂移运动，其运动轨迹类型为螺旋式前进，运动方向为E（电场）×B（磁场）所指方向，3经电场加速后撞击Ar原子使其产生电离，从而沉积薄膜，当3的能量消耗殆尽，其在电场E的作用下逐渐远离靶材表面，并最终流入正极。本实验所用仪器内部磁体在靶材上方形成环形磁场，二次电子会在靶材附近的等离子体区域内做螺旋式前进，其加速路径增加，加速时间变长，电离出的离子获得动能变大，从而提高了薄膜的沉积速率。
本文编号：3067847
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