基于ZnO-Ag-ZnO結(jié)構(gòu)的復(fù)合背電極研究.pdf

1、為了提高n-i-p型硅基薄膜太陽電池的效率，除了對(duì)太陽電池材料和器件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)之外，背電極的作用對(duì)于提高光在太陽電池中的有效路徑也非常重要。
　　本文著重研究一種適用于n-i-p型硅基薄膜太陽電池的高絨度、高反射的復(fù)合背電極。高性能的背電極要求有良好的陷光作用，對(duì)于常規(guī)的Metal/ZnO結(jié)構(gòu)背電極，或者采用絨面金屬層來實(shí)現(xiàn)對(duì)光的散射，或者采用絨面ZnO來實(shí)現(xiàn)對(duì)光的散射。絨面金屬表面的納米結(jié)構(gòu)往往導(dǎo)致一定的等離子激元吸收，降低

2、金屬的反射效果;而要想獲得絨面ZnO往往需要較大的薄膜厚度，超過ZnO的最佳光學(xué)厚度(120nm)。因此，無論是用金屬層還是ZnO層實(shí)現(xiàn)陷光，都對(duì)進(jìn)一步提高背電極的整體性能帶來一定的限制。
　　針對(duì)上述問題，本文提出基于ZnO/Ag/ZnO結(jié)構(gòu)的三層復(fù)合結(jié)構(gòu)背電極的研究，其中ZnO采用濺射后腐蝕過程獲得大尺寸絨面結(jié)構(gòu)，而Ag和ZnO均采用常規(guī)濺射以獲得高反射，這樣三層結(jié)構(gòu)中各層薄膜“各司其職”，有望實(shí)現(xiàn)高絨度、高反射的背電極。具體

3、研究內(nèi)容如下:
　　(1)研究了RF射頻濺射工藝對(duì)ZnO薄膜電學(xué)性能的影響。ZnO薄膜使用ZnO∶Al2O3(2wt.％)陶瓷靶，采用射頻電源制備，在濺射氣壓為4mTorr、襯底溫度為300℃和濺射功率為300W時(shí)得到厚度為120nm左右的ZnO薄膜，樣品方塊電阻小于50Ω/□，即電阻率6.0×10-4Ω·cm，在350nm-1100nm波長范圍內(nèi)透過率大于90％。
　　(2)研究了DC直流濺射工藝和腐蝕工藝對(duì)ZnO薄膜表面

4、形貌的影響。實(shí)驗(yàn)采用ZnO∶Al2O3(2wt.％)陶瓷靶，在濺射氣壓1.5mTorr,襯底溫度300℃，濺射功率300W的條件下制備得到ZnO薄膜，并在體積分?jǐn)?shù)為1％的稀鹽酸溶液中腐蝕一定時(shí)間，得到均方根粗糙度(RMS)大于120nm的“彈坑”狀表面形貌。
　　(3)研究了Ag薄膜厚度和ZnO表面形貌對(duì)于ZnO/Ag/ZnO結(jié)構(gòu)背電極光學(xué)性能的影響。在Ag薄膜厚度為150nm，ZnO均方根粗糙度(RMS)為143nm，且ZnO表

5、面為均勻分布“彈坑”狀絨面結(jié)構(gòu)時(shí)，ZnO/Ag/ZnO結(jié)構(gòu)背電極的積分反射和反射絨度在600-1500nm波長范圍內(nèi)大于95％，其反射絨度(Haze)在全波段(350～1500nm)大于80％。
　　(4)將前面制備的高絨度、高反射背電極應(yīng)用于a-SiGe∶H單結(jié)太陽電池，并與相對(duì)優(yōu)化的Ag/ZnO背電極做對(duì)比。初步的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明ZnO/Ag/ZnO背電極能夠顯著提高太陽電池在600nm～900nm波段的光譜響應(yīng)，并與適當(dāng)工藝調(diào)整