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目前太阳电池是解决能源短缺和环保问题的最有开发前途的能源。为进一步提高对太阳光的利用率,拓展太阳电池光谱响应范围则成为研究重点,作为n-i-p薄膜太阳电池的背电极要求在长波段具备较高的散射和绒度。本论文利用磁控溅射法溅射金属靶材(Ag,Al)制备金属薄膜,然后再溅射平面ZnO制备金属/ZnO复合背电极。本文主要研究金属薄膜和金属/ZnO复合背电极的表面形貌、光学性能及其在薄膜太阳电池中的应用。具体研究内容和研究结果如下: (1)本文Ag/ZnO背电极的表面形貌主要复制金属的表面形貌,因此主要通过控制金属层的表面形貌来改变背电极的表面形貌。 通过改变衬底温度、溅射气压、溅射功率等沉积工艺条件来研究Ag薄膜光学性能和表面形貌的变化。结果表明适度的衬底温度,溅射气压和溅射功率可以使表面粗糙度增大,光学性能的散射和绒度也会随着薄膜表面粗糙度的增大呈现增大的趋势。 研究不同溅射类型对薄膜性能的影响,结果表明射频磁控溅射条件下的样品表面形貌比直流磁控溅射的大,利用射频Ag的大绒度和直流Ag的短波段高反射构成RF-Ag/DC-Ag双层金属膜。 研究ZnO厚度对Ag/ZnO背电极光学性能和表面形貌受的影响,当ZnO厚度太厚时,会对入射光有一个很强的吸收作用。当120nm厚的ZnO与一定粗糙度的Ag构成Ag/ZnO背电极其性能最优。表面粗糙度为52nm的Ag薄膜与120nm厚的ZnO构成的Ag/ZnO背电极的表面粗糙度为40nm,Ag/ZnO背电极的积分反射在400nm-1100nm范围内大于85%,在800nm处的绒度(Haze)达50%,初步实现了高反射率和高绒度的高性能背电极。 (2) Ag/ZnO背电极的表面粗糙度无法继续提高,而Al/Ag/ZnO复合背电极是为一种提高传统背电极表面形貌和光学性能的方法,它利用Al薄膜的大绒面结构和Ag薄膜对太阳光宽谱域的高反射性能。 由于Al和Ag之间的合金化使Al/Ag/ZnO复合背电极的积分反射降低,为了防止Al和Ag之间的合金化而采取Al通氧生成AlOx和中间加入很薄的透明导电膜ZnO层分别形成AlOx/Ag/ZnO和Al/ZnO/Ag/ZnO复合背电极。 AlOx/Ag/ZnO复合背电极的表面粗糙度RMS达87nm;500nm处的积分反射为88%,在650nm~1100nm范围内大于80%;800nm处绒度达80%。 Al/ZnO/Ag/ZnO复合背电极的表面粗糙度RMS达73nm;500nm处的积分反射为84%,在650nm~1100nm范围内大于80%;800nm处的绒度(Haze)达82%。 AlOx/Ag/ZnO和Al/ZnO/Ag/ZnO二种优化的背电极在表面粗糙度,积分反射和绒度上都比Ag/ZnO复合背电极的要大。 (3)优化的Ag/ZnO复合背电极应用到a-SiGe∶H单结电池时效率可达到10.6%,其中Voc=0.739V,FF=0.667,Jsc=21.5mA/cm2;应用到n-i-p型u-Si∶H电池中具有8.21%的效率;应用到a-SiGe/u-Si双结叠层电池的效率达到12.06%,其中Jsc=10.7mA/cm2, FF=68%, Voc=1.658V。