光伏新材料a-C：N薄膜及a-C：N-P-Si異質(zhì)結(jié)研究.pdf

1、太陽(yáng)能光伏發(fā)電以其能量無(wú)限和無(wú)環(huán)境污染的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，成為目前解決能源和環(huán)境問(wèn)題最有希望的可再生能源。我們通過(guò)大量文獻(xiàn)資料的查閱，了解了太陽(yáng)電池發(fā)展的現(xiàn)狀和面臨的困難，明確了本課題的研究背景和意義。屬于第三代太陽(yáng)電池的熱載流子太陽(yáng)電池突破了傳統(tǒng)熱平衡限制的太陽(yáng)電池極限效率，同時(shí)，薄膜化工藝又可大幅降低太陽(yáng)電池成本，是未來(lái)太陽(yáng)電池的發(fā)展方向之一。根據(jù)熱載流子太陽(yáng)電池的理論和課題組以往的研究結(jié)果，我們認(rèn)為a-C:N (非晶氮化碳) 薄膜是有希望

2、成為第三代熱載流子太陽(yáng)電池的光伏新材料。 近年來(lái)，將碳基材料應(yīng)用于太陽(yáng)電池和半導(dǎo)體器件的研究已經(jīng)受到國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)和產(chǎn)業(yè)界的重視。該課題正是在此背景下，由上海市科委立項(xiàng)資助，開(kāi)始對(duì)a-C:N及a-C:N/P-Si異質(zhì)結(jié)進(jìn)行的系統(tǒng)研究。 本文的主要工作和創(chuàng)新之處在于： 第一，采用離子束濺射反應(yīng)沉積技術(shù)，在P型絨面硅和P型硅基片上沉積出用于制備太陽(yáng)電池的a-C:N薄膜，對(duì)離子束能量的變化對(duì)a-C:N的影響做了研究。我們制

3、作了兩種常規(guī)電極，以便獲得穩(wěn)定的異質(zhì)結(jié)開(kāi)路電壓，以研究異質(zhì)結(jié)光伏特性。用真空熱蒸鍍工藝在a-C:N/P-Si異質(zhì)結(jié)的a-C:N薄膜表面鍍上一層半透明的鋁薄膜。首次采用磁控濺射法在a-C:N/P-Si異質(zhì)結(jié)的a-C:N薄膜表面制備了一層ITO透明導(dǎo)電薄膜。 第二，為了研究薄膜微結(jié)構(gòu)的變化及異質(zhì)結(jié)開(kāi)路電壓變化與沉膜工藝的關(guān)系，對(duì)a-C:N薄膜進(jìn)行了Raman、TEM、EDS及HRTEM測(cè)試，對(duì)Al/a-C:N/P-Si異質(zhì)結(jié)和ITO

4、/a-C:N/P-Si異質(zhì)結(jié)開(kāi)路電壓進(jìn)行了測(cè)定，并對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行了分析。ID/IG 比率，Isi/IG 比率是研究氮化碳薄膜微結(jié)構(gòu)的重要拉曼參數(shù)，對(duì)這些參數(shù)隨氮離子束能量的變化進(jìn)行了研究。EDS和TEM測(cè)試顯示，隨著氮離子束能量增大，薄膜中氮原子含量下降，團(tuán)簇尺寸大幅下降，非晶網(wǎng)絡(luò)中團(tuán)簇分布也趨于均勻。對(duì)HRTEM顯微照片上的納米晶粒晶面間距進(jìn)行計(jì)算，可推斷出該晶體結(jié)構(gòu)可能含有混合的α- 、β-C3N4相，其中α-C3N4相占主要地位。

5、在AM1.5 標(biāo)準(zhǔn)光照下測(cè)得Al/a-C:N/P-Si異質(zhì)結(jié)和ITO/a-C:N/P-Si異質(zhì)結(jié)開(kāi)路電壓隨氮離子束能量的增加而增大。將開(kāi)路電壓的變化與薄膜結(jié)構(gòu)的變化聯(lián)系起來(lái)，我們得到了對(duì)應(yīng)較高開(kāi)路電壓的薄膜結(jié)構(gòu)和沉膜工藝，為下一步工作的深入打下基礎(chǔ)。 我們對(duì)光伏新材料a-C:N薄膜及a-C:N/P-Si異質(zhì)結(jié)的研究屬前瞻性探索。獲得的離子束濺射工藝制備的氮化碳薄膜的微觀結(jié)構(gòu)和異質(zhì)結(jié)開(kāi)路電壓隨氮離子束能量的變化規(guī)律，以及Al/a-