基于ZnO薄膜的非晶硅太阳电池的研究.pdf

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1、电子科技大学UNIVERSITYOFELECTRONICSCIENCEANDTECHNOLOGYOFCHINA硕士学位论文MASTERDISSERTATION（电子科技大学图标）论文题目：基于ZnO薄膜的非晶硅太阳电池的研究学科专业：光学工程指导教师：祁康成副教授作者姓名：赵启义班学号：200921050512万方数据万方数据分类号密级UDC学位论文基于ZnO薄膜的非晶硅太阳电池的研究（题名和副题名）赵启义（作者姓名）指导教师姓名祁康成副教授电子科技大学成都（职务、职称、学位、单位名称及地址）申请学位级别硕士专业名称光学工程论文提交日期201

2、2.４论文答辩日期2012.5学位授予单位和日期电子科技大学答辩委员会主席评阅人2012年月日注1注明《国际十进分类法UDC》的类号万方数据万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。签名：日期：年月日关于论文使用授权的说明本学位论文作者完全了解电子科技大学有关

3、保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）签名：导师签名：日期：年月万方数据摘要摘要面对全球能源短缺、环境污染等难题，太阳光伏发电是其有效解决途径之一，因此研究低碳、高效太阳电池迫在眉睫。本课题根据太阳电池材料特性，考虑材料成本、环保、耗能以及提高太阳电池效率等因素，探索研究新型太阳电池材料，制备出AlN:Mg/a-Si

4、:H/ZnO:Al、NiO/a-Si:H/ZnO:Al两种结构的太阳电池。本文内容与结论如下：1．直流磁控溅射法反应溅射AlN:Mg薄膜、射频磁控溅射ZnO:Al薄膜，实验结果显示，使用镁含量为5%的铝镁合金靶，溅射气体Ar:O2=1:1，溅射压强为-16.5×10Pa，溅射功率为90W，溅射温度为100℃，靶基距为75mm时，AlN:Mg薄膜的溅射速率约为8nm/min（30分钟范围内）；溅射时间为30分钟时，薄膜的厚度约为200nm；磁控溅射制备的AlN:Mg薄膜中铝镁原子比为8:1，低于靶材中的原子比（19:1），靶材在溅射过程中镁原子

5、比铝原子更容易溅射到基底上；AlN:Mg薄膜的表面形貌致密，光透性较好；磁控溅射制备的AlN:Mg/ZnO:Al薄膜不仅具有良好的P-N结整流特性，其在可见光波段的平均透过率（≥85%）也比较高。2．直流反应溅射NiO薄膜，射频反应溅射ZnO:Al薄膜，通过氮气退火工艺，升温速率控制在10℃/min，退火时间为2小时，降温速度不高于5℃/min，研究退火工艺前后薄膜的特性及其P-N结性能的变化。实验结果表明：氮气退火前后NiO薄膜的透过率、光学带隙、晶体结构、导电性、成分含量等均发生了变化，退火温度越高，变化相对越明显。当氮气退火温度为400

6、℃时，NiO薄膜在可见光区域的透过率由退火前的10%左右上升到退火后的80%以上；NiO薄膜的光学带隙（Eg）也略有下降；NiO薄膜的晶体结构的晶向衍射峰更加明显，即晶体结晶度更高；实验制备的NiO薄膜的厚度约为145nm，退火前后薄膜方阻基本维持-4在4KΩ/□附近，其薄膜导电率保持在5.8×10Ω·m左右；由于氮气退火，温度越高效果越明显，温度升高的同时更容易引起薄膜中氮气分子的进入，导致薄膜成分改变，薄膜的半导体性能发生变化。实验研究发现，退火前后ZnO:Al薄膜特性的变化并没有NiO薄膜那么明显，NiO/ZnO:Al薄膜异质结的P-N

7、结整流特性在退火前后却发生相应变化，即随着退火温度升高，整流特性愈明显，400℃时整流特性效果最佳。3．PECVD制备a-Si:H薄膜，依据HIT电池与非晶硅电池相关理论，制备I万方数据摘要AlN:Mg/a-SI:H/ZnO:Al薄膜异质结太阳电池和NiO/a-Si:H/ZnO:Al薄膜异质结太阳电池，测试分析两种电池的性能并验证其可行性，以及分析氮气退火对NiO/a-Si:H/ZnO:Al薄膜异质结太阳电池的影响。实验结果显示，通过本实验方法制备的AlN:Mg/a-Si:H/ZnO:Al电池的开路电压为1.2V，短路电流0.08mA，光电转

8、换效率为1.02%；NiO薄膜2小时400℃氮气退火前后的NiO/a-Si/ZnO:Al的电池转换效率均在1.1%左右，但退火后的NiO/a-Si/ZnO:Al电池