金屬-ZnO復(fù)合背電極及其在n-i-p硅薄膜太陽(yáng)電池中的應(yīng)用.pdf

1、目前太陽(yáng)電池是解決能源短缺和環(huán)保問(wèn)題的最有開(kāi)發(fā)前途的能源。為進(jìn)一步提高對(duì)太陽(yáng)光的利用率，拓展太陽(yáng)電池光譜響應(yīng)范圍則成為研究重點(diǎn)，作為n-i-p薄膜太陽(yáng)電池的背電極要求在長(zhǎng)波段具備較高的散射和絨度。本論文利用磁控濺射法濺射金屬靶材(Ag，Al)制備金屬薄膜，然后再濺射平面ZnO制備金屬/ZnO復(fù)合背電極。本文主要研究金屬薄膜和金屬/ZnO復(fù)合背電極的表面形貌、光學(xué)性能及其在薄膜太陽(yáng)電池中的應(yīng)用。具體研究?jī)?nèi)容和研究結(jié)果如下:
　　(1

2、)本文Ag/ZnO背電極的表面形貌主要復(fù)制金屬的表面形貌，因此主要通過(guò)控制金屬層的表面形貌來(lái)改變背電極的表面形貌。
　　通過(guò)改變襯底溫度、濺射氣壓、濺射功率等沉積工藝條件來(lái)研究Ag薄膜光學(xué)性能和表面形貌的變化。結(jié)果表明適度的襯底溫度，濺射氣壓和濺射功率可以使表面粗糙度增大，光學(xué)性能的散射和絨度也會(huì)隨著薄膜表面粗糙度的增大呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)。
　　研究不同濺射類型對(duì)薄膜性能的影響，結(jié)果表明射頻磁控濺射條件下的樣品表面形貌比直流磁控

3、濺射的大，利用射頻Ag的大絨度和直流Ag的短波段高反射構(gòu)成RF-Ag/DC-Ag雙層金屬膜。
　　研究ZnO厚度對(duì)Ag/ZnO背電極光學(xué)性能和表面形貌受的影響，當(dāng)ZnO厚度太厚時(shí)，會(huì)對(duì)入射光有一個(gè)很強(qiáng)的吸收作用。當(dāng)120nm厚的ZnO與一定粗糙度的Ag構(gòu)成Ag/ZnO背電極其性能最優(yōu)。表面粗糙度為52nm的Ag薄膜與120nm厚的ZnO構(gòu)成的Ag/ZnO背電極的表面粗糙度為40nm，Ag/ZnO背電極的積分反射在400nm-110

4、0nm范圍內(nèi)大于85％，在800nm處的絨度(Haze)達(dá)50％，初步實(shí)現(xiàn)了高反射率和高絨度的高性能背電極。
　　(2) Ag/ZnO背電極的表面粗糙度無(wú)法繼續(xù)提高，而Al/Ag/ZnO復(fù)合背電極是為一種提高傳統(tǒng)背電極表面形貌和光學(xué)性能的方法，它利用Al薄膜的大絨面結(jié)構(gòu)和Ag薄膜對(duì)太陽(yáng)光寬譜域的高反射性能。
　　由于Al和Ag之間的合金化使Al/Ag/ZnO復(fù)合背電極的積分反射降低，為了防止Al和Ag之間的合金化而采取Al通

5、氧生成AlOx和中間加入很薄的透明導(dǎo)電膜ZnO層分別形成AlOx/Ag/ZnO和Al/ZnO/Ag/ZnO復(fù)合背電極。
　　AlOx/Ag/ZnO復(fù)合背電極的表面粗糙度RMS達(dá)87nm;500nm處的積分反射為88％，在650nm～1100nm范圍內(nèi)大于80％;800nm處絨度達(dá)80％。
　　Al/ZnO/Ag/ZnO復(fù)合背電極的表面粗糙度RMS達(dá)73nm;500nm處的積分反射為84％，在650nm～1100nm范圍內(nèi)大于

6、80％;800nm處的絨度(Haze)達(dá)82％。
　　AlOx/Ag/ZnO和Al/ZnO/Ag/ZnO二種優(yōu)化的背電極在表面粗糙度，積分反射和絨度上都比Ag/ZnO復(fù)合背電極的要大。
　　(3)優(yōu)化的Ag/ZnO復(fù)合背電極應(yīng)用到a-SiGe∶H單結(jié)電池時(shí)效率可達(dá)到10.6％，其中Voc=0.739V，F(xiàn)F=0.667，Jsc=21.5mA/cm2;應(yīng)用到n-i-p型u-Si∶H電池中具有8.21％的效率;應(yīng)用到a-SiGe