基于PLC的原子层沉积设备系统设计

原子层沉积技术是一种优异的真空镀膜技术,广泛应用于泛半导体领域,原子层沉积设备是实现原子层沉积技术的一种工艺系统。基于可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,PLC)和人机界面(Human Machine Interface,HMI)设计了原子层沉积设备系统,通过分析原子层沉积技术的原理和工艺来设计原子层沉积设备的运行流程。系统设计过程中综合考虑系统的整体性能、成本、国产化等因素,最终确定以DVP-ES2系列PLC为控制器,以TPC1570Gn触摸屏为人机界面的控制设计方案。最后该系统以原子层沉积设备常用的单晶硅表面生长氧化铝薄膜实验作测试,通过椭偏仪来测量单晶硅表面氧化铝薄膜生长的厚度,计算每个周期氧化铝薄膜生长的厚度为结果,通过多组实验,该系统每周期生长厚度约0.125 nm,接近理论值0.12 nm,表明该控制系统达到了设计要求。

CdTe太阳电池激光诱导微区光谱响应研究

为了反映器件几何尺度上各个区域的性能分布,采用波长为852 nm且可调聚焦面积的激光束作用在CdTe薄膜太阳电池的P-N结微区表面,产生定域诱导光致电流响应,并通过设置样品台的步进方式,得到了所测器件在几何面积范围内的微区光谱响应分布图,获得更直观的器件电流分布均匀性和P-N结特性。结果表明,这种测试方式能够简化且低成本地建立与CdS/CdTe异质结制作技术密切相关的沉积与后处理工艺参数和材料特性的联系,进而获得异质结界面分布均匀性与太阳电池电流-电压(I-V)特性参数均匀性的对应关系。该研究可为提高太阳电池的性能提供实验测试依据。

碳基复合导电浆料改性研究

导电浆料目前在电子产品中得到广泛的应用,是电子信息产业发展不可或缺的关键辅材。该文针对国内硅胶按键用导电浆料的研发需求,设计一种碳基掺金属/非金属粉末的导电浆料,以炭黑掺银粉作为主要的导电相,煤油作为溶剂,聚乙烯吡咯烷酮作为保护剂,二氧化硅作为填充改性剂,控制不同组分的含量和配比,得到碳基复合导电浆料。采用光学显微镜、四探针测试仪、扫描电镜、EDS、洛氏硬度计、百格刀等手段对固化后的导电浆料进行光学、电学、形貌、组分、强度及附着力等性质测试,分析金属导电相和无机非金属填充相的加入对导电浆料性能的影响。综合各种因素,最终得到改进附着力(4B等级)、导电性(6Ω·cm)和机械强度(185 Hv0.5),适用于硅胶按键的低成本碳基复合导电浆料,其基体/银粉/二氧化硅比例约为100∶5∶1。

玻璃衬底上CdTe薄膜的制备及其性质

利用近空间升华法在经过不同打磨处理的玻璃衬底上制备了CdTe薄膜,用X射线衍射仪,扫描电镜表征了CdTe薄膜的微结构。结果表明CdTe薄膜的微观结构依赖于衬底粗糙度,(111)晶面的择优取向随衬底表面粗糙度的增加而降低。

图谱分析退火对本征SnO_2多晶薄膜性能的影响

提高CdTe太阳电池转换效率的有效途径之一是适当减薄CdS窗口层,减薄了的CdS层会严重影响电池性能,解决方法是在窗口层和透明导电膜之间加一层高阻本征SnO2薄膜。采用反应磁控溅射制备了具有高阻抗的本征SnO2薄膜,并对其进行了后处理,利用XRD,XPS等方法研究了退火前后薄膜的结构,成分及表面化学状态的变化。结果表明:经N2/O2=4:1气氛550℃(0.5h)退火后,样品由非晶态转变为四方相结构的多晶薄膜,具有(110)择优取向;XPS分析表明退火后薄膜的氧含量增加、O(1s)峰向低能方向移动,SnO被氧化成SnO2,使得薄膜的透过率增大,退火后的本征SnO2高阻膜非常适合作为过渡层应用于CdTe太阳电池中。

基于“双平台”模式培养高素质材料类新工科人才的研究

新工科人才培养体系的建立需要在人才培养模式上进行积极的探索。文章立足专业课程教学和产学研用合作,通过合理高效的整合各类教学科研资源,提出了构建“校内”+“校外”双平台的育人模式,形成学校“双创”人才培养的助推器,彰显学校办学特色。通过实施课堂(学)+实验室(研)/学校(学+研)+企业(研+产+用)的协同方式,探索培养面向“双一流”大学建设、面向未来工程发展的高素质材料类新工科人才的新机制、新方法和新模式,力争将企业的创新驱动与需求融入到高校的协同育人的生态圈,致力于形成长期的产学研用的实践。

工科专业应用型课程的课堂教学研究

本文结合笔者近年来承担的专业课程教学活动,在工科高年级学生群体中实施基于问题学习的教学模式,通过教师与学生角色的转换,强调在教学中以学生为中心,并对教学树立高度的责任感;通过设计与课程及专业背景相关的各种问题,引导学生自主寻找问题的答案,形成主动学习的习惯;通过将问题的解决与教师的科研结合,促进学生再次学习与思考,增加学科专业的认同感,进而探索适合工科专业应用型课程教学与科研实践的新模式。

基于创新创业理念的工科专业实验教育模式构建

本文从本专业材料及器件的制备与表征专业实验出发,结合专业实验教学的经验和成效,力图构建在创新创业教育理念下的新型工科专业实验发展的模式,为培养工科学生的创新能力和创业精神做出积极探索。

具有未掺杂SnO_2的CdS/CdTe异质结太阳电池均匀性研究

为了提高CdS/CdTe多晶薄膜太阳电池转换效率,改善器件性能,制备出一种结构为玻璃/SnO2∶F/未掺杂SnO2/CdS/CdTe/ZnTe/ZnTe∶Cu/Ni的薄膜太阳电池。同时与无SnO2插入层的太阳电池进行对比分析。研究发现:具有SnO2插入层的太阳电池填充因子增加19.52%,开路电压提高3.23%,电池并联电阻增加56%,转换效率增加30%,电池的均匀性得到改善,有利于规模化大生产。

近空间升华法氧气氛下CdTe源的性能

在用近空间升华法制备CdTe多晶薄膜时,由于CdTe源在有O2的环境下多次使用,造成了源表面氧化,进而失效,严重影响所沉积的CdTe多晶薄膜性能.文中研究了多次使用后CdTe源结构形貌、成分等性能.结果表明:多次使用后的CdTe源表面有变黄的趋势,源表面有CdO粉末的存在,经H2在一定条件的高温还原,可以去除表面的氧化物,为源的重复使用奠定基础.

掺杂对CdS多晶薄膜电学性能的影响

利用近空间升华法制备CdS多晶薄膜,同时将薄膜在400℃下进行Cl-掺杂。利用光-电阻、暗电阻-温度关系等测试手段分析不同波长光照及温度对掺杂前后薄膜电学性能的影响。结果显示:在不同波长的光照下,薄膜显示出不同的电阻值,最小电阻出现在500 nm波长附近;在光、暗态转换过程中发现,掺杂对电阻弛豫时间影响较大,掺杂后最短响应时间由原来对应的青光向蓝光移动;掺杂后,薄膜光、暗电导增加,电导激活能减少。

基于需求分析构建以学生为中心的工科教学模式

文章通过学生学习过程的需求分析,在充分调研工科各年级学生专业课程学习兴趣的基础上,结合专业课的特色,以学生为中心,建立主动学习实践的工科教学模式。该模式的本质就是通过激发学生的学习探索兴趣,完成教师和学生的角色转化,协助学生对学习任务建立高度的责任心,同时有针对性地将问题的解决融入到教师科研平台当中,发挥其最大的自主性与创造性,通过解决教师设计的问题,培养学生良好的学习习惯。

溅射功率和氧分压对ITO薄膜光电性能的影响研究

采用直流反应磁控溅射法制备了氧化铟锡(ITO)透明导电薄膜,通过四探针、紫外可见分光光度计、X射线衍射(XRD)、霍尔效应仪、扫描电镜(SEM)等对薄膜样品进行了表征,研究了溅射功率和氧分压对ITO薄膜微观结构和光电性能的影响,结果表明:溅射功率对ITO的光电性能影响较小,沉积速率随着溅射功率的增大而加快;随着氧分压的升高,载流子浓度降低,霍尔迁移率先增大后减小,电阻率逐渐增大。在优化的工艺条件下,制备了在可见光区平均透过率达85%、电阻率为1×10-4Ω.cm的光电性能优良的ITO薄膜。

CdTe多晶薄膜制备及后处理对CdS/CdTe界面的影响

采用近空间升华法分别在玻璃、CdS及CdS1-xTex衬底上沉积了CdTe多晶薄膜,通过原子力显微镜的观察和X射线衍射的分析,比较了它们的微结构。结果表明,用CdS和CdS1-xTex多晶薄膜作为衬底沉积的CdTe多晶薄膜结构与衬底相似,具有(111)面择优取向。通过对在不同氧分压下进行后处理的CdS/CdTe薄膜的断面及光能隙的研究,发现在氮氧(4∶1)气氛下后处理的薄膜CdS层明显减薄,这样的结果有利于改善CdTe太阳电池的光谱响应,增加载流子收集。我们认为氧在退火中促进了CdS/CdTe界面互扩散,扩散的结果不仅弥补了CdS、CdTe间的晶格失配,而且降低了界面的位错密度,并获得了面积为0.52 cm2,转换效率为13.38%的CdTe多晶薄膜电池。

CdTe薄膜的射频磁控溅射制备及表征

采用射频磁控溅射技术制备了CdTe薄膜,使用探针式台阶仪、X射线衍射分析仪、紫外可见分光光度计、扫描电镜等表征了薄膜的厚度、结构、透过率、表面形貌等随溅射工艺的变化.结果表明:沉积速率随着功率的增加而增加,随气压的增加而呈线性减小;薄膜的结晶程度随气压增大而降低;功率从100 W增大到180 W,出现了CdTe薄膜晶相从立方相向六方相的转变;当沉积条件为纯氩气氛、气压0.3 Pa、功率100 W、室温时,沉积的CdTe薄膜结晶性能最好.

CdS/CdTe叠层太阳电池的制备及其性能

CdS/CdTe太阳电池是薄膜太阳电池研究工作的一个重要方向.为了提高开路电压Voc、改善电池的光谱响应,进而提高电池的转换效率,在此提出CdS/CdTe叠层太阳电池结构.文中,叠层电池的顶电池由CdS/CdTe超薄层构成;底电池由CdS/CdTe薄膜层构成.经分析测试,实验制备的CdS/CdTe叠层太阳电池具有明显的叠层结构,开路电压最高达到了852mV,短路电流密度最大为13mA/cm2,填充因子最高为55·2%,这种叠层电池的效率达到了8·16%(0·071cm2).研究表明相对于传统的单层CdS/CdTe太阳电池,CdS/CdTe叠层电池的制备对研究如何提高CdS/CdTe太阳电池的光伏性能有一定的参考价值.

温场均匀性对CdTe薄膜及太阳电池性能的影响

采用近空间升华法(CSS)制备CdTe多晶薄膜,模拟制备过程中的温场变化,结合I-V、C-V特性及深能级瞬态谱研究温场均匀性对CdS/CdTe太阳电池性能的影响。结果表明,温场分布和薄膜厚度分布基本一致,温场均匀性对电池组件的开路电压影响不大,对短路电流和填充因子有影响,CdTe薄膜的深中心对温度和频率的响应基本一致。580℃制备的样品暗饱和电流密度最小,载流子浓度较高,光电特性较好,而且空穴陷阱浓度较低,深中心复合作用较小。通过改进温场的均匀性能够制备出组件转换效率为8.2%的CdS/CdTe太阳电池。

开尔文探针原子力显微镜在CdTe多晶薄膜研究中的应用

开尔文探针原子力显微镜(KPFM)采用开尔文(Kelvin)方法来测量探针和样品间的电势差,是一种基于扫描探针原子力显微镜的半导体薄膜样品表面功函数(表面电势)测量方法,其可以在测试样品表面形貌的同时获得与形貌相对应位置的表面功函数分布图。使用KPFM测试碲化隔多晶薄膜样品退火前后的表面电势的变化,可以分析多晶薄膜晶界和晶粒处的表面功函数的差异。测试结果对于分析多晶半导体薄膜在晶界和晶粒内部的载流子输运及界面钝化具有重要意义。KPFM具有很高的分辨率和灵敏性,很适合用于多晶半导体薄膜表征测试。

三层减反射膜的模拟及其在太阳电池中的应用

使用减反射膜层是提高太阳电池短路电流密度进而提高电池转换效率的有效手段之一。针对CdTe薄膜太阳电池的光谱响应范围,基于AM1.5辐照光谱,优化设计了MgF2/H4/Al2O3结构的减反射薄膜,使用电子束蒸发技术制备了该减反射膜,使用椭圆偏振仪、紫外/可见分光光度计、原子力显微镜分别测量了所制备薄膜的光学性质和表面形貌,对比分析了膜系结构理论模拟与实验测量结果。结果表明,使用该减反射薄膜后,电池的量子效率提高了7.3%;光电转换效率从12.5%提高到13.3%。

反应磁控溅射制备CdTe太阳电池前电极ITO薄膜的性质研究

使用反应直流磁控溅射法在玻璃衬底上制备了ITO薄膜作为CdTe多晶薄膜太阳电池的前电极,研究了氧分压和衬底温度对ITO薄膜光电性能及结构的影响.通过四探针、紫外可见分光光度仪,X射线衍射(XRD)和霍尔测试仪等测试手段对薄膜进行了表征.结果表明:随着氧分压和衬底温度的升高,ITO薄膜在可见光区域的透过性能明显增强,但是薄膜的载流子浓度下降,霍尔迁移率也逐渐降低,同时薄膜的电阻率逐渐增大.在结果分析的基础上,选用衬底温度300℃,1.4%的氧分压条件制备出可见光透过率在80%以上,电阻率为5.3×10-4?·cm的ITO薄膜,将其应用于碲化镉多晶薄膜太阳电池,电池的转换率可以达到10.7%.