mocvd制备非晶硅薄膜太阳电池的氧化锌背电极的研究

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1、MOCVD制备非晶硅薄膜太阳电池的氧化锌背电极的研究MOCVD制备非晶硅薄膜太阳电池的氧化锌背电极的研究徐步衡，薛俊明，刘金彪，赵颖，耿新华（南开大学光电子薄膜器件与技术研究所，天津，300071）（南开大学光电子薄膜器件与技术天津市重点实验室）(光电信息技术科学教育部重点实验室（南开大学，天津大学）)摘要：利用LP-MOCVD生长技术,采用Zn(C2H5)2作Zn源和H2O作氧源,使用硼烷为掺杂气体，制备出了光电特性稳定的较低电阻率、高透过率的氧化锌薄膜。在薄膜面积10cm×10cm范围内，厚度为5500Å

2、时，方块电阻为40Ω/□，透过率>85%，迁移率为8.56cm2/Vs。应用于非晶硅电池背反射电极后，显著提高了电池的短路电流，从而提高了电池效率。关键词：MOCVD氧化锌硼烷掺杂背电极MOCVD制备非晶硅薄膜太阳电池的氧化锌背电极的研究MOCVD制备非晶硅薄膜太阳电池的氧化锌背电极的研究0引言薄膜太阳电池的优势是制备工艺简单、节省源材料，便于大面积连续化生产，具有大幅度降低成本的潜力。然而，目前薄膜太阳电池的效率较低，阻碍了其成本的降低。提高薄膜太阳电池性能的一种重要的技术途径就是采用陷光结构[1]。其中Z

3、nO/Metal复合背反射电极不但可以使I层的光吸收增强，从而增大短路电流，提高电池的转化效率，而且可以进一步减薄I层，改善电池的稳定性并降低成本；此外，ZnO可以阻挡金属背电极元素如Ag或Al向n+层的扩散，改善界面及电池性能[2]。氧化锌薄膜可以利用多种方法制备，溅射、原子层积淀和金属有机物化学气相沉淀（MOCVD）等等。其中金属有机物化学气相沉淀（MOCVD）技术已经被广泛研究。MOCVD技术的低温、对电池无轰击的特点使其特别适用于非晶硅太阳电池中。为此，本文首次在国内利用MOCVD技术进行大面积（10

4、cm×10cm）氧化锌薄膜的研究，并在非晶硅电池上进行了背反射电极的制备试验，取得了比较令人满意的效果。1实验本实验中采用二乙基锌和水作为反应气源。二乙基锌的流量为342μmol/min，水流量为500μmol/min。反应气压为5Torr。采用氢稀释浓度为1%的硼烷做掺杂气体。由AMBIOS-XP2台阶仪测量氧化锌薄膜样品膜厚，XRD数据由PANalgticalX’PertPRO测量。霍尔系数、载流子浓度、迁移率等由ACCENTHL5550LN2进行测量。本系列实验中主要关注衬底温度和掺杂流量两个参数对氧化

5、锌薄膜光电特性的影响。其中，硼烷流量从2.5sccm到9.9sccm；衬底温度从140℃到200℃。制备薄膜时间为45分钟，样品膜厚度为5500-7000Å。在制备出光电性能合格的氧化锌薄膜后，在非晶硅薄膜电池上进行了背电极的制备试验。2结果与讨论2.1衬底温度对薄膜表面形貌与透过率的影响图一为衬底温度对未掺杂氧化锌样品XRD测试结果的影响。氧化锌的晶格结构为纤锌矿结构，当002峰比较显著时，氧化锌的生长晶向为C轴择优取向，即C轴垂直于衬底，从而其表面形貌为平坦的镜面。当110峰比较显著时，氧化锌的表面形成类

6、金字塔形的绒面。当100峰比较明显时，薄膜的表面形貌还是为绒面，但是表面结构并不是规则的类金字塔形，而变得比较无序[3]。从图中曲线可以看出，在衬底温度为140℃时，002峰比较明显，表明薄膜的表面形貌是由小晶粒组成的像镜面一样的表面。在衬底温度为160℃时，氧化锌薄膜样品的002峰显著变小，110峰比较明显，表明薄膜表面为类金字塔形的绒面。当衬底温度超过160℃时，氧化锌薄膜的各个XRD峰明显降低。在衬底温度为175℃MOCVD制备非晶硅薄膜太阳电池的氧化锌背电极的研究至更高时，各个峰的幅度都有明显的下降，

7、表明薄膜的类金字塔形的绒面表面形貌被破坏，其表面形貌随着温度的增高而趋于无序。东京工业大学的AkiraYamada和WilsonW.Wenas认为[3]，这种表面形貌随衬底温度变化的现象是由于氧化锌晶体生长时各种取向的表面能不同而引起的。图二衬底温度对未掺杂氧化锌薄膜透过率影响FIG.2.Transmittanceasafunctionofthesubstratetemperature图三掺杂量对XRD数据的影响FIG.3.XRDdataasafunctionoftheB2H6flowrate图四掺杂量对XR

8、D各峰之间比例关系的影响FIG.4.RatiosofXRDdiffractionintensitiesofZnOfilmsasafunctionoftheB2H6flowrate图一衬底温度对XRD测试结果的影响FIG.1.XRDdataasafunctionofthesubstratetemperature对于应用于硅基薄膜太阳电池的电极应用来说，当氧化锌薄膜的表面形貌为平坦的镜面时，不利于增加入