反应磁控溅射制备CdTe太阳电池前电极ITO薄膜的性质研究-论文.pdf

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1、第40卷第2期l西南民族大报。自然学版JournaofSouthwestUniversityNationalitiesNaturaScienceEditionMa2014lf0r·tural⋯_。‘doi：IO．396_．issn．1003-4271．2OI4．02．I9反应磁控溅射制备CdTe太阳电池前电极ITO薄膜的性质研究刘霄，曾广根，张静全，杨志军，王文武，武莉莉，李卫，黎兵，冯良桓(四川大学材料科学与工程学院，成都6l0065)摘要：使用反应直流磋控溅射法在玻璃衬底-1：-*'1备了ITO薄膜作为CdTe多晶薄膜太阳电池的前电极，研究了

2、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，但是薄膜的我流子浓度下降，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~C．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×lO4Q·cm的ITO薄膜，将其应用于碲化镉多品薄膜太阳电池，电池的转换率可以达到10．7％．关键词：氧化铟锡；直流磁控溅射；电学性能：太阳电池

3、中图分类号：056文献标识码：A文章编号：l003．427I(2014)02．0265．()61引言透明导电薄膜(TCO)以其可控的光学和电学特性被广泛应用于平板液晶、有机发光、太阳电池等领域0，在光电器件的巨大应用潜力使TCO薄膜的研究受到了广泛关注．目前，ITO(氧化铟锡)薄膜被广泛应用于各类太阳电池[6-81．ITO薄膜具有较高的载流子浓度(-lo川cm-)和较低的体电阻率(-10Q·cm)，此外ITO薄膜的禁带宽度较宽(3．5～4．3ev)圳，对近红外和可见光区域具有良好的透过特性，是太阳电池非常理想的电极材料．ITO薄膜的光电性能是影响

4、太阳电池转换效率的重要因素，深入研究制备条件对ITO薄膜光电性能的影响对提高太阳电池的光电转换性能具有十分重要的意义．目前，制备ITO薄膜常用的方法有磁控溅射，电子束蒸发，喷涂法，气相化学沉积，激光脉冲沉积，溶胶一凝胶法等¨j．其中，磁控溅射法具有工艺参数精确控制，重复性好，溅射速率快，膜层与衬底结合性好等特点，可制备出性能优异的ITO薄膜．国外，Sung·HwanPaeng等人使用射频磁控溅射研究了低温下制备出的ITO薄膜的性能¨，Kun—SanTseng等人对直流磁控溅射在PET柔性衬底上制备的ITO薄膜性能进行了研究¨．如何进一步优化制备工

5、艺制备透过率高、电阻率低的ITO薄膜一直是研究者比较关注的问题．本文采用直流磁控溅射法制备了ITO薄膜，研究了氧分压和衬底温度对ITO薄膜光电性能的影响，在此基础上对ITO的制备工艺进行了优化．同时，将优化沉积条件获得的ITO薄膜作为前电极应用于碲化镉太阳电池，测试了电池的光电转换性能，探讨了自行沉积的ITO在太阳电池中的应用前景．2实验2．1ITO的制备收稿日期：20l3一l2．26作者简介：刘霄(1989一)，男．山东省菏泽市人，硕士研究生，太阳电池、半导体薄膜方向．通讯作者：曾广根(1977-)，男，四川新都人，博士，讲师，薄膜太阳电池研究

6、．基金项目：本研究受到“863”计划(20llAA0505I5)、“973”计~)J(2OllCBA0070S)~tlN／II省科技支撑计划(20l3GZX0145)资助266西南民族大学学报·自然科学版第4O卷本实验采用JS5050—6／D型磁控溅射仪制备ITO薄膜，所用靶材为ITO陶瓷靶(In203：Sn2O3=90：10)，靶材的尺寸为lOx2Ox6mm．衬底为硼硅玻璃(60x45xlmm)．采用高纯Ar和o2作为工作气体和反应气体．本实验首先固定薄膜沉积的其他条件(溅射功率360W，沉积气压lPa，溅射时间30rain)，通过改变衬底温度

7、或者氧分压分别制备了不同的ITO薄膜，各样品制备条件如表1所示．表lITO薄膜的制备条件2．2电池的制备将最佳条件制备的ITO薄膜应用于碲化镉多晶薄膜太阳电池，制备出具有glass／ITO／CdS／CdTe／ZnTe：Cu／Au结构的碲化镉电池，测试了电池的光电转换性能，并与购买的ITO作为前电极的太阳电池进行了比较．电池的结构如图1所示，电池面积为0．0707cm．电池其他各层的制备条件参照文献[15]．c======>galssIToCdSCdTeZnTe：CuAuc==>c=图l电池结构图采用探针式台阶仪测量ITO薄膜厚度；采用Lambda

8、950系列紫外一可见分光光度计测试透过率；采用DX·2600型x射线衍射仪进行结构分析；采用RTS一9型四探针测试仪测试ITO薄膜的方块