基于MOCVD-ZnO的電極研究及在硅薄膜太陽(yáng)電池中的應(yīng)用.pdf

1、為提高硅基薄膜太陽(yáng)電池對(duì)入射光的利用率，在電池中引入陷光結(jié)構(gòu)至關(guān)重要。在NIP型硅基薄膜太陽(yáng)電池中，陷光作用主要來(lái)源于粗糙的背反射電極。傳統(tǒng)的Ag/ZnO背反射電極不容易獲得較大的表面粗糙度，且厚的Ag薄膜會(huì)對(duì)入射光產(chǎn)生較強(qiáng)的等離子激元吸收效應(yīng)。本論文以金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積(MOCVD)工藝制備的ZnO薄膜為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)并研究了ZnO/Ag/MOCVD-ZnO復(fù)合背反射電極，其中薄層Ag薄膜依附于粗糙的 MOCVD-ZnO模板，能夠降低

2、等離子激元吸收損耗，對(duì)入射光產(chǎn)生有效的反射和散射，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電池所需的陷光能力。而在 PIN型硅基薄膜太陽(yáng)電池中，陷光作用主要來(lái)源于絨面的透明導(dǎo)電氧化物（TCO）前電極。本論文以MOCVD工藝制備的ZnO：B薄膜作為太陽(yáng)電池的TCO前電極，其天然形成的“類(lèi)金字塔”形貌能夠?qū)θ肷涔猱a(chǎn)生有效的陷光效果。但由于粗糙 ZnO：B薄膜表面形貌過(guò)于尖銳，容易導(dǎo)致電池內(nèi)部缺陷增多、電學(xué)性能惡化。為此本文設(shè)計(jì)采用直流磁控濺射技術(shù)對(duì) ZnO：B薄膜進(jìn)行物理

3、“刻蝕”，成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)尖銳形貌的修飾，改善了電池的電學(xué)性能，進(jìn)而提升了電池的光電轉(zhuǎn)化效率，具體研究?jī)?nèi)容和研究結(jié)果如下：
　?。?）設(shè)計(jì)并研究了 ZnO/Ag/MOCVD-ZnO復(fù)合背反射電極。首先采用MOCVD工藝制備不同表面粗糙度的ZnO薄膜作為背反射電極的陷光模板，研究其陷光能力。然后采用熱蒸發(fā)以及磁控濺射工藝在 ZnO模板上覆蓋一層 Ag薄膜，探究不同表面微結(jié)構(gòu)的Ag薄膜等離子激元吸收損耗以及光學(xué)反射情況。另外，由于在制備Z

4、nO緩沖層過(guò)程中，Ag薄膜微結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變化，進(jìn)而會(huì)影響背反射電極對(duì)入射光的吸收，實(shí)驗(yàn)中提出通過(guò)調(diào)控表層ZnO薄膜的沉積工藝來(lái)抑制等離子激元吸收損耗。
　　通過(guò)工藝參數(shù)的綜合調(diào)節(jié)與優(yōu)化，獲得較佳復(fù)合背反射電極的沉積條件是：采用MOCVD工藝在玻璃襯底上沉積4μm厚的ZnO薄膜作為背反射電極粗糙度模板，熱蒸發(fā)覆蓋一層450nm厚的 Ag薄膜為背反射電極提供強(qiáng)反射，繼而采用直流磁控濺射技術(shù)在325℃條件下沉積100nm厚的ZnO:Al緩

5、沖層，該背反射電極實(shí)現(xiàn)了較佳的光管理效果。
　　另，將MOCVD-ZnO直接應(yīng)用到PIN型硅薄膜太陽(yáng)電池中，同時(shí)結(jié)合金屬銀和鋁的引入，構(gòu)建了MOCVD-ZnO：B/Ag/Al背反射電極，基于此背電極的非晶硅/非晶硅鍺/微晶硅三結(jié)疊層太陽(yáng)電池的效率達(dá)到了16.07％。
　?。?）引入直流磁控濺射工藝對(duì)MOCVD-ZnO：B尖銳形貌進(jìn)行修飾，進(jìn)而提升電池的性能。通過(guò)調(diào)控磁控濺射工藝過(guò)程中濺射功率、時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì) BZO薄膜的形貌進(jìn)

6、行修飾，然后在修飾后的 TCO薄膜表面沉積合適厚度的小尺寸BZO薄膜，進(jìn)一步鈍化TCO表面的尖銳形貌，同時(shí)增強(qiáng)陷光效果。將修飾后的TCO薄膜應(yīng)用到硅基薄膜太陽(yáng)電池中，成功改善了電池的電學(xué)性能以及轉(zhuǎn)化效率。
　　通過(guò)不斷調(diào)節(jié)與優(yōu)化，獲得較佳修飾條件為：采用直流磁控濺射技術(shù)，濺射功率為340W，對(duì)BZO薄膜進(jìn)行14min的修飾處理，待BZO薄膜尖銳形貌被“刻蝕”后，在HZO/BZO表面覆蓋一層350nm厚的小尺寸BZO薄膜，該工藝制備