射频磁控溅射低温制备ITO薄膜及HIT电池的退火研究

发布时间：2017-10-31 06:36

  本文关键词：射频磁控溅射低温制备ITO薄膜及HIT电池的退火研究

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【摘要】：HIT(Hetero-junction with Intrinsic Thin-Layer)太阳能电池同时兼备晶体硅和薄膜硅电池的优势,达到了既降低成本又保持高效的目的。本论文主要研究了射频磁控溅射低温制备ITO薄膜以及本征氢化非晶硅(a-Si:H)层的真空退火处理对HIT电池性能的影响。(1)1)作为太阳电池的上电极,ITO薄膜优异的光电性质以及能否实现低温制备对电池性能均有着重要的影响。本论文利用射频(RF)磁控溅射系统,研究了O2/Ar流量比、溅射功率P、溅射压强Pg、沉积温度Ts、靶基距D以及退火处理等条件对薄膜XRD晶向结构以及光电性质的影响。晶向结构以及导电性对参数变化的依赖远大于光学性质。O2/Ar流量比越大,结晶性越好,电阻率先减小后增加;功率增加,薄膜的择优取向从(222)晶面转变为(400)晶面,电阻率持续下降;温度为100℃,电阻率最小;退火处理后,薄膜选择(222)和(400)晶面优先生长,并且改善了其结晶性和导电性,透光率基本无明显变化。最终在O2/Ar流量比0.1/25 sccm、射频电源功率P=210 W、溅射压强Pg=0.2 Pa、衬底温度Ts=100℃、靶基距D=2.0 cm的低温条件下制备,在200℃热退火处理60 min后,获得电阻率为3.8×10-4Ω·cm、可见光范围内平均透光率为89.4%的优质ITO薄膜。2)在溅射条件和薄膜厚度完全相同的情况下,从SEM、XRD、导电性和透光性等方面,比较直流(DC)和射频(RF)两种磁控溅射方法制备出的ITO薄膜在微观结构和光电特性方面的差异,并且将二者应用于简单异质结电池上进行比较。本实验中,ITO(DC)比ITO(RF)的表面形貌更加平整,晶粒尺寸比较小且分布均匀;二者的择优晶面也不同,从衍射峰强度来看,ITO(DC)中(222)与(400)晶面对应衍射峰强度相差不大,ITO(RF)中(222)与(400)晶面却相差很大。(222)晶面与(400)晶面对应的衍射峰强度相当时,薄膜的导电性较好。(2)对有无插入本征氢化非晶硅(a-Si:H)层的电池进行比较。a-Si:H(i)的插入,能够使得异质结界面得到钝化,其载流子复合几率减小,电池的PN结性能优异。因此插入a-Si:H的简单异质结电池比未插入a-Si:H的电池开路电压Voc和短路电流Isc都有所提高。(3)主要研究在真空条件下退火时间和退火温度对单面HIT电池性能的影响。电池的Voc和η随退火温度和时间的变化趋势基本相同,均是先升高后减小。将制备好的a-Si:H(i)在真空条件320℃下退火60 min后用于单面HIT电池中,效率η从8.06%提高到11.11%,开路电压Voc从602 m V提高到621 m V,制备出开路电压Voc为621 m V、短路电流Isc为9.965 m A、填充因子FF为0.45、效率η为11.11%的单面HIT电池。
【关键词】：射频(RF)磁控溅射 ITO薄膜 HIT电池 退火处理
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.4;TB383.2
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 引言10-20
• 1.1 全球能源危机10-11
• 1.2 光伏产业的动态及发展前景11-12
• 1.3 太阳能电池简介12-19
• 1.3.1 HIT电池介绍13-15
• 1.3.2 透明导电薄膜介绍15-16
• 1.3.3 ITO薄膜介绍16-19
• 1.4 论文主要内容及构架19-20
• 2 实验设备与测试方法20-30
• 2.1 实验设备20-24
• 2.1.1 PECVD系统及原理20-22
• 2.1.2 磁控溅射系统及原理22-23
• 2.1.3 真空蒸发镀膜系统及原理23-24
• 2.2 薄膜测试方法24-28
• 2.2.1 四探针法测电阻24
• 2.2.2 椭圆偏振光谱24-25
• 2.2.3 紫外-可见光分光光度计25-26
• 2.2.4 X射线衍射(XRD)26-27
• 2.2.5 扫描电子显微镜(SEM)27-28
• 2.3 电池效率测试仪28-29
• 2.4 本章小结29-30
• 3 射频磁控溅射低温制备ITO薄膜30-47
• 3.1 实验方法30
• 3.2 ITO薄膜沉积参数优化30-40
• 3.2.1 O_2/Ar流量比对ITO薄膜晶向结构以及光电性质的影响31-33
• 3.2.2 溅射功率对ITO薄膜晶向结构以及光电性质的影响33-35
• 3.2.3 溅射气压对ITO薄膜晶向结构以及光电性质的影响35-36
• 3.2.4 沉积温度对ITO薄膜晶向结构以及光电性质的影响36-38
• 3.2.5 靶基距对ITO薄膜晶向结构以及光电性质的影响38-40
• 3.3 ITO退火处理40-43
• 3.3.1 退火处理对ITO薄膜微观结构以及光电性质的影响41-43
• 3.4 直流磁控溅射和射频磁控溅射制备出ITO的比较43-46
• 3.4.1 SEM43-44
• 3.4.2 XRD44-45
• 3.4.3 ITO(DC)和ITO(RF)分别用于电池上45-46
• 3.5 本章小结46-47
• 4 本征非晶硅层的真空退火对HIT电池的影响47-55
• 4.1 制备流程47-49
• 4.2 不加i层和加i层太阳能电池比较49-50
• 4.3 a-Si:H薄膜退火处理50-54
• 4.3.1 a-Si:H(i)层的退火温度对简单HIT电池性能的影响51-52
• 4.3.2 a-Si:H(i)层的退火时间对简单HIT电池性能的影响52-54
• 4.4 本章小结54-55
• 5 结论55-56
• 参考文献56-59
• 个人简历与硕士期间发表论文59-60
• 个人简历59
• 硕士期间发表论文59-60
• 致谢60

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

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6 马卫红;蔡长龙;;磁控溅射制备ITO薄膜光电性能的研究[J];真空;2011年06期

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本文编号：1121218