基于mocvd-zno的电极-研究与在硅薄膜太阳电池中的应用

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1、摘要摘要为提高硅基薄膜太阳电池对入射光的利用率，在电池中引入陷光结构至关重要。在NIP型硅基薄膜太阳电池中，陷光作用主要来源于粗糙的背反射电极。传统的Ag/ZnO背反射电极不容易获得较大的表面粗糙度，且厚的Ag薄膜会对入射光产生较强的等离子激元吸收效应。本论文以金属有机物化学气相沉积(MOCVD)工艺制备的ZnO薄膜为基础，设计并研究了ZnO/Ag/MOCVD-ZnO复合背反射电极，其中薄层Ag薄膜依附于粗糙的MOCVD-ZnO模板，能够降低等离子激元吸收损耗，对入射光产生有效的反射和散射，进而实现电池所需的陷光能力。而在PIN型硅基薄膜太阳电池中，陷光作用主要来源于绒面的透

2、明导电氧化物（TCO）前电极。本论文以MOCVD工艺制备的ZnO：B薄膜作为太阳电池的TCO前电极，其天然形成的“类金字塔”形貌能够对入射光产生有效的陷光效果。但由于粗糙ZnO：B薄膜表面形貌过于尖锐，容易导致电池内部缺陷增多、电学性能恶化。为此本文设计采用直流磁控溅射技术对ZnO：B薄膜进行物理“刻蚀”，成功实现了对尖锐形貌的修饰，改善了电池的电学性能，进而提升了电池的光电转化效率，具体研究内容和研究结果如下：（1）设计并研究了ZnO/Ag/MOCVD-ZnO复合背反射电极。首先采用MOCVD工艺制备不同表面粗糙度的ZnO薄膜作为背反射电极的陷光模板，研究其陷光能力。然后采

3、用热蒸发以及磁控溅射工艺在ZnO模板上覆盖一层Ag薄膜，探究不同表面微结构的Ag薄膜等离子激元吸收损耗以及光学反射情况。另外，由于在制备ZnO缓冲层过程中，Ag薄膜微结构会发生变化，进而会影响背反射电极对入射光的吸收，实验中提出通过调控表层ZnO薄膜的沉积工艺来抑制等离子激元吸收损耗。通过工艺参数的综合调节与优化，获得较佳复合背反射电极的沉积条件是：采用MOCVD工艺在玻璃衬底上沉积4μm厚的ZnO薄膜作为背反射电极粗糙度模板，热蒸发覆盖一层450nm厚的Ag薄膜为背反射电极提供强反射，继而采用直流磁控溅射技术在325℃条件下沉积100nm厚的ZnO:Al缓冲层，该背反射电极

4、实现了较佳的光管理效果。另，将MOCVD-ZnO直接应用到PIN型硅薄膜太阳电池中，同时结合金属I万方数据摘要银和铝的引入，构建了MOCVD-ZnO：B/Ag/Al背反射电极，基于此背电极的非晶硅/非晶硅锗/微晶硅三结叠层太阳电池的效率达到了16.07%。（2）引入直流磁控溅射工艺对MOCVD-ZnO：B尖锐形貌进行修饰，进而提升电池的性能。通过调控磁控溅射工艺过程中溅射功率、时间来实现对BZO薄膜的形貌进行修饰，然后在修饰后的TCO薄膜表面沉积合适厚度的小尺寸BZO薄膜，进一步钝化TCO表面的尖锐形貌，同时增强陷光效果。将修饰后的TCO薄膜应用到硅基薄膜太阳电池中，成功改善

5、了电池的电学性能以及转化效率。通过不断调节与优化，获得较佳修饰条件为：采用直流磁控溅射技术，溅射功率为340W，对BZO薄膜进行14min的修饰处理，待BZO薄膜尖锐形貌被“刻蚀”后，在HZO/BZO表面覆盖一层350nm厚的小尺寸BZO薄膜，该工艺制备的复合TCO薄膜明显改善了电池的光电转化效率，单结非晶硅薄膜太阳电池效率超过10%。关键词：金属有机物化学气相沉积；背反射电极；直流磁控溅射；前电极形貌修饰；薄膜太阳电池II万方数据AbscractAbstractInordertoutilizesunlightmorethoroughly,lighttrappingorlig

6、htmanagementisofgreatimportanceforthin-filmsiliconsolarcell.InthecaseofNIPtypecell,aroughbackreflectorlayercouldeffectivelyreflectandscattertheunabsorbedsunlightbackintoactivelayer.However,theroot-mean-squareroughnessofconventionalAg/ZnObackreflectorstructureisgenerallysmall,whichmaylimitli

7、ghtscattering.Moreover,theseriousplasmonsabsorptionisalwaysobservedinconventionalstructure.Herein,weproposedanovelbackreflectorstructure:ZnO/Ag/MOCVD-ZnO,inwhichthepyramidalMOCVD-ZnOfilmandthinAglayercanefficientlyscatterandreflectunabsorbedincidentlight