ATO透明導(dǎo)電薄膜及其薄膜太陽能電池原型器件的制備.pdf

1、薄膜太陽能電池因其諸多優(yōu)點近年來備受關(guān)注，其中銅鋅錫硫（CZTS）薄膜電池光電轉(zhuǎn)換效率高，組成元素?zé)o毒無污染，硒化銻（Sb2Se3）薄膜電池結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，制備工藝簡單，均是前景可觀的新型薄膜太陽能電池。然而目前，薄膜太陽能電池的成本、光電轉(zhuǎn)換效率和器件穩(wěn)定性仍有待優(yōu)化。選擇性能優(yōu)異、與器件匹配性好的透明導(dǎo)電電極也是提高器件光電轉(zhuǎn)換效率的有效途徑之一。
　　ATO薄膜組成元素地殼儲量豐富、價格便宜且無毒環(huán)保，是目前備受關(guān)注的ITO薄膜替

2、代材料之一。但ATO薄膜的微觀形貌和光、電學(xué)性能受到諸多因素如薄膜結(jié)晶性、Sb元素價態(tài)和載流子變化等的復(fù)雜影響，難以制備重復(fù)性好的高質(zhì)量ATO薄膜，無法實現(xiàn)其商業(yè)應(yīng)用。因此，本文從無機薄膜太陽能電池器件的結(jié)構(gòu)優(yōu)化著手，采用磁控濺射法制備ATO薄膜，研究各個工藝參數(shù)，Sb5+和 Sb3+比例與可見光透過率、電阻率之間的相互作用機理，優(yōu)化其光、電學(xué)性能，并實現(xiàn)ATO薄膜電極在CZTS和Sb2Se3薄膜太陽能器件中的初步應(yīng)用。
　　針對

3、 CZTS器件中 CdS薄膜受高熱易分解的特性，本文在較低沉積溫度（200℃）下對ATO薄膜的物相、結(jié)構(gòu)及光、電學(xué)性能進行了優(yōu)化。結(jié)果表明：氧氣流量的增大可以促進氧化物薄膜的晶格完整性，使得可見光透過率升高。適量氧氣有助于將 Sb3+氧化為 Sb5+，使得載流子濃度提高，電阻率降低。適當增大濺射功率有助于轟擊出更多具有更大動能的粒子，使得其在基片表面充分遷移，薄膜結(jié)晶性變好，載流子遷移率升高。當氧氣流量為5sccm，沉積功率為250W時

4、，ATO薄膜電阻率達到最低值為6.84×10-3Ω·cm，平均可見光透過率為89.96％，試制的以ATO薄膜為負極材料的CZTS薄膜太陽能器件，獲得的光電轉(zhuǎn)換效率最高達1.66％。ATO薄膜與CZTS器件匹配良好，但是電池的內(nèi)阻偏高，環(huán)境穩(wěn)定性較差。
　　Sb2Se3薄膜長晶溫度低，器件制備受約束少，可先沉積 ATO薄膜后制備Sb2Se3薄膜，繼而進一步優(yōu)化沉積溫度和退火工藝，以提高薄膜的光學(xué)、電學(xué)性能。隨著沉積溫度和退火溫度的升

5、高，ATO薄膜的Sb5+與Sb3+比例和結(jié)晶性明顯增強?？諝鈿夥胀嘶鹛幚碛兄赟n2+和Sb3+的氧化，且隨退火溫度升高，ATO薄膜內(nèi)部的孔隙和缺陷逐漸減少，使得其具有較高的可見光透過率。當退火溫度為550℃時，ATO薄膜的電阻率下降至7.5×10-3Ω·cm，而繼續(xù)升高退火溫度，薄膜表面出現(xiàn)大量微裂紋，電學(xué)性能大幅下降。沉積溫度升高，Sb3+逐漸向Sb5+轉(zhuǎn)變，晶粒尺寸增大， ATO薄膜載流子濃度達4.73×1020cm-3，遷移率為