薄膜太阳电池用TCO薄膜制造技术及其特性研究

阐述了玻璃衬底、柔性衬底透明导电氧化物薄膜(Transparent conductive oxides-TCO)以及硅基薄膜太阳电池应用方面的最新研究成果。绒面结构可以提高薄膜太阳电池效率和稳定性并降低生产成本。磁控溅射技术和LP-MOCVD技术是制造绒面结构ZnO-TCO薄膜(例如"弹坑"状和"类金字塔"状表面)的主流生长技术;高迁移率TCO薄膜(IMO、IWO、ZnO∶Ga等)以及柔性衬底TCO薄膜是研究开发的重点。

太阳电池用绒面ZnO-TCO薄膜制备技术及特性的研究进展

概括阐述了薄膜太阳电池用绒面结构ZnO透明导电薄膜(ZnO-TCO)方面的最新研究进展。绒面结构ZnO-TCO薄膜可以提高薄膜太阳电池效率和稳定性并降低生产成本。磁控溅射技术和MOCVD(LP-MOCVD/LPCVD)技术是制备绒面结构ZnO-TCO薄膜(例如"弹坑"状和"类金字塔"状表面)的主流生长技术,而喷雾热分解技术则是正在开发的非真空法低成本工艺路线。论述了2种主流技术生长ZnO-TCO薄膜的发展历程,并重点讨论了近期关于绒面ZnO-TCO薄膜微观结构、电学以及光学等特性与工艺关系的研究结果。进一步降低成本和实现大面积产业化是绒面ZnO-TCO薄膜拓展应用的发展趋势。

磁控溅射技术室温生长氢化ZnO：Ga薄膜及其特性研究

采用直流脉冲磁控溅射方法,在室温下生长氢化Ga掺杂ZnO薄膜(GZO/H),并通过湿法后腐蚀技术获得绒面结构。研究了室温下H2流量对薄膜结构、光电性能及表面形貌的影响。实验表明,氢化GZO(GZO/H)薄膜具有良好的(002)晶面择优取向生长,引入适当流量的H2可以有效提高薄膜的电学特性,GZO/H薄膜具有更低的电阻率以及较高的迁移率和载流子浓度。当通入H2流量为6 sccm时,薄膜电阻率为6.8×10-4Ω.cm,Hall迁移率达34.2 cm2/V.s,制备的GZO/H薄膜可见光区域平均透过率优于85%。此外,研究了H2流量对湿法腐蚀后绒面GZO/H薄膜表面形貌的影响,提出了一种薄膜绒面结构形成过程模型。

透明导电材料研究进展

近年来,透明导电材料(Transparent conductive materials, TCM)作为触摸屏、液晶显示器(LCD)、智能窗、太阳电池(Solar cells)、发光二极管(LED)等先进光电子器件中的关键组件,其作用尤其重要。氧化铟锡(ITO)薄膜具有优异的光学和电学性能,是光电器件中应用广泛的透明导电材料。然而,铟元素的稀缺性、易碎性以及沉积过程中对底层薄膜的潜在损坏限制了其在未来新型光电子器件中的应用。开发适应高性能光电器件应用的TCM成为当前研究的重点。本文综述了透明导电氧化物、超薄金属和金属网格、介质层/金属/介质层(Dielectric/metal/dielectric, DMD)、碳纳米管和石墨烯等类型的TCM光电性能、应用领域、近年来相应的研究策略和重要成果、面临的挑战以及未来发展方向。

薄膜非晶硅/微晶硅叠层太阳电池的研究

采用射频等离子体增强化学气相沉积(RF-PECVD)技术制备非晶硅顶电池,采用甚高频等离子体增强化学气相沉积(VHF-PECVD)技术制备微晶硅底电池,初步优化研究了薄膜非晶硅/微晶硅叠层太阳电池顶电池与底电池的本征吸收层厚度匹配与电池电流匹配,以及氧化锌/金属复合背反射电极对电池的作用。研制出了面积为1.0 cm2效率达9.83%的薄膜非晶硅/微晶硅叠层太阳电池。

ITO薄膜的厚度对其光电性能的影响

氧化铟锡(indium-tin oxide,ITO)具有在可见光范围内高度透明的特性和优良的电学特性,通常当作透明电极,被广泛应用于太阳电池和发光元器件上。本研究中用电阻加热反应蒸发的方法制备ITO薄膜,测试了膜的厚度、电阻率、可见光透过率、载流子浓度和迁移率,讨论薄膜的厚度对薄膜光电性能的影响。实验中制备的ITO薄膜,透过率良好,电阻率可达6.37×10-4Ω.cm,载流子浓度和迁移率可分别达到1.91×1020cm-3和66.4cm2v-1s-1。将实验中制备的ITO作为nip太阳能电池透明电极,其短路电流为10.13mA/cm2,开路电压为0.79V,填充因子为0.648,效率可达到5.193%。

孪生对靶直流磁控溅射制备ZnO:Al薄膜及其特性研究

本文以ZnO:A l(ZAO)陶瓷为靶材,采用孪生对靶直流磁控溅射工艺在玻璃衬底上制备出高质量的铝掺杂氧化锌透明导电膜,研究了该薄膜的结构、光电及力学特性。采用孪生对靶制备ZAO薄膜可使样品避开等离子体直接轰击,减少基底薄膜的损伤。制备的薄膜具有结晶程度高、电阻率低、迁移率高等优点。ZAO薄膜的最低电阻率达到了4.47×10-4Ω.cm,在可见光区的平均透过率达到85%以上,非常适合做为铜铟硒(C IS)薄膜太阳电池窗口层。

微晶硅薄膜纵向不均匀性的Raman光谱和AFM研究

本文研究了采用VHF PECVD技术制备的微晶硅薄膜的纵向均匀性。喇曼测试结果显示 :微晶硅薄膜存在着生长方向的结构不均匀 ,随厚度的增加 ,材料的晶化率逐渐变大 ;不同衬底其非晶孵化点是不一样的 ,对于同一种衬底 ,绒度大相应的晶化率就大 ,对应着孵化层的厚度小 ;AFM测试结果明显的给出

CIGS薄膜材料研究进展

CIGS薄膜太阳电池具有低成本、高效率、性能稳定等优点,是最有发展前途的太阳能电池之一,受到了广泛关注.阐述了CI(G)S材料特性,分别介绍了多种制备方法,其中着重介绍共蒸发三步法这一制备小面积高效率电池的通用方法和在产业化生产中更理想的溅射后硒化法.

化学水浴沉积CIGS太阳电池缓冲层ZnS薄膜的研究

在含有ZnSO4、SC(NH2)2、NH4OH的水溶液中采用CBD法沉积ZnS薄膜,研究了沉积时间、水浴温度、搅拌等工艺条件对沉积薄膜的影响。薄膜的厚度与搅拌的强度有很大关系,表明扩散传质是薄膜生长的控制步骤。XRF和XRD测试表明沉积的薄膜中含有ZnS和Zn(OH)2,SEM测试表明薄膜颗粒大小相近,但不致密。随着沉积时间的增加,薄膜厚度增加,透过率减小。当前采用CBD-ZnS薄膜制备的无镉CIGS太阳电池转换效率达到8.54%。

薄膜太阳电池的研究现状与发展趋势

笔者主要对目前薄膜电池研究和产业化的主流技术进行论述,包括硅基薄膜太阳电池、碲化镉与铜铟镓硒等化合物薄膜太阳电池、以及染料敏化电池等,对每种技术分别从国内外研究现状以及产业化状况进行介绍。

本征微晶硅薄膜和微晶硅电池的制备及其特性研究

本文对VHF PECVD制备的本征微晶硅薄膜和电池进行了电学特性和结构特性方面的测试分析研究。电学测试结果给出制备薄膜的激活能为0. 51eV,符合电池对材料的电学参数要求;拉曼散射谱测试结果计算得到样品的晶化率为63%;X射线衍射结果也证明材料晶化,同时(220)方向择优;首次在国内用VHF PECVD方法制备出效率为5%的微晶硅电池(Jsc=21mA/cm2, Voc=0. 46V, FF=51%, Area=0. 253cm2 )。

微晶硅薄膜太阳电池中孵化层研究

对甚高频等离子体增强化学气相沉积技术制备的微晶硅薄膜太阳电池进行了研究.喇曼测试结果显示:微晶硅薄膜太阳电池在p/i界面存在着一定的非晶孵化层.孵化层的厚度随硅烷浓度的增加或辉光功率的降低而增大.可以通过适当的硅烷浓度或适当的辉光功率来降低孵化层的厚度.

VHF-PECVD制备微晶硅薄膜及其微结构表征研究

采用VHFPECVD技术制备了系列不同衬底温度的硅薄膜。运用微区拉曼散射(MicroRaman)和X射线衍射(XRD)对薄膜进行了结构方面的测试分析。MicroRaman测试结果表明:随衬底温度的升高,薄膜逐渐由非晶向微晶过渡,晶化率(Xc)逐渐增大。XRD的结果显示样品的择优取向随衬底温度的升高而变化,(220)方向计算得出样品的晶粒尺寸逐渐变大。

CdS薄膜中“白斑”的研究

本论文对CdS薄膜中的“白斑”进行了研究。化学水浴沉积法(CBD)制备CdS薄膜所需要的化学反应物包括硫脲、氨水、镉盐和铵盐等。文中采用两种镉盐和铵盐来沉积CdS薄膜:氯化镉和氯化铵,乙酸镉和乙酸铵。所沉积的CdS薄膜的表观形貌由SEM表征,成分由EDX表征。当镉盐和铵盐分别采用氯化镉和氯化铵时,生成的薄膜中存在大量的“白斑”。这些“白斑”的成分不是CdS,而是(CdCl)2S。增加氨水的浓度可以大大减少这些“白斑”,但是不能彻底消除这些“白斑”。当镉盐和铵盐分别采用乙酸镉和乙酸铵时,生成的薄膜均匀、平整,薄膜中根本就不存在所谓的“白斑”。因此,沉积CdS薄膜时,镉盐和铵盐不宜采用氯化镉和氯化铵,应该采用乙酸镉和乙酸铵。

薄膜工艺中的系统仿真研究

简要介绍了系统仿真的概念,结合利用软件FLUENT对簿膜工艺喷雾气流场进行流人本力学仿真的实例,介绍了建模、仿真的步骤.给出了详细的数学建模和几何建模的方法,最后给出了利用模型进行仿真的结果,并对仿真结果进行了分析.结果表明,系统仿真技术可以大大提高设计效率,降低设计成本,加深对工艺过程的理解,不失为一种新的研究方法.

用VHF-PECVD技术研制大面积均匀硅基薄膜

首先对电极表面VHF频段电场分布进行了详细的物理分析,认为当激发频率在VHF频段时驻波和损耗波对电场均匀性分布影响很大,而通过选择不同的电源馈入方式可减小其影响。采用中心馈入法,对馈线和电极的连接方式进行了仔细研究,然后就工作压力、沉积功率、流量等工作参数对均匀性、沉积速率、材料特性的影响进行了研究。结果表明:在本文所研究的范围内,适当提高工作气压可以提高薄膜的均匀性,而功率的变化对均匀性影响不大;在一定范围内提高工作气压和功率都可提高沉积速率;从薄膜的质量来说,气压低时较好,而功率则应适当选择。通过优化沉积条件,我们在普通浮法玻璃上制备出了面积为23×24cm^2,厚度不均匀性为±1.4%,最高沉积速率达10.5/s,光敏性最大为2.25×10~5的a-Si:H薄膜材料。

P型微晶硅薄膜材料性能的研究

本文讨论了P型微晶硅薄膜性能随硅烷浓度(SC)的变化。采用X射线衍射仪(XRD),拉曼光谱仪和傅立叶变换红外吸收光谱仪(FTIR)对薄膜的结构进行了表征。随硅烷浓度的增加,微晶硅薄膜材料的生长速率和暗电导率(σd)逐渐增大,光学带隙逐渐降低。当硅烷浓度为2.0%时,硅基薄膜材料是以非晶硅为主并有散落的微晶硅颗粒的非晶硅结构。当硅烷浓度为1.5%时,硼的掺杂效率最大,同时可观察到硼抑制薄膜晶化的现象。

VHF-PECVD制备不同衬底温度微晶硅薄膜结构研究

采用微区拉曼散射、傅立叶变换红外吸收和光热偏转谱对VHF PECVD制备的不同衬底温度硅薄膜进行了微结构分析.结果表明:随衬底温度的升高,薄膜逐渐由非晶向微晶过渡,晶化率(Xc)逐渐增大,样品中的氢含量逐渐降低.在200～250℃条件下制备的微晶硅薄膜具有低的缺陷密度.通过优化工艺条件制备出了效率达7.1%的单结微晶硅太阳电池,电池厚度仅为1.2μm,且没有ZnO背反射电极.

厚度对电子束蒸发制备IMO薄膜性能的影响

通过电子束蒸发法制备In2O3:Mo(IMO)薄膜,详细研究了厚度对薄膜光电性能的影响.当薄膜厚度为=35 nm时,XRD谱与SEM图像均证明薄膜基本上处于非晶态(存在少许纳米晶粒),其光学特性优良而电学特性较差;随着薄膜厚度增加,薄膜的晶体结构变得较完善,晶粒增大,薄膜电学性能取得到了改善,在薄膜厚度=150 nm时获得最小电阻率～2.1×10-4 cm,而光学特性有所恶化.通过性能指数比较,d=110 nm厚度的IMO薄膜光电性能较好.