论文部分内容阅读
相较于铟锡金属氧化物(ITO)、二氧化锡(Sn02)等传统透明导电薄膜,掺杂氧化锌(ZnO)薄膜具有无毒、成本低廉、原材料丰富等特点。另,在光伏电池的应用中,作为薄膜太阳电池的前电极,ZnO良好的耐氢等离子体轰击特性以及经过湿法腐蚀获得的良好的陷光结构,提升了薄膜太阳电池的光电转换效率,因而备受关注。相较于铝掺杂氧化锌(AZO)薄膜,硼掺杂氧化锌(BZO)薄膜在近红外区域具有更高的透过率,在提高薄膜太阳电池的光电转化效率方面具有更大的潜力。目前BZO薄膜的制备方法中,金属有机化合物化学气相沉积(MOVCD)技术应用最为普遍,但制备的BZO薄膜电学特性较差；溅射制备BZO薄膜则多采用直接溅射掺杂靶材获得,制备的材料虽具有较好的电学特性,但由于B203与ZnO的熔点差异大,使得掺硼氧化锌靶材的烧结难度极大,限制了该方法在工业化生产中的广泛应用。因此,结合两种工艺的特性,采用气源性掺杂技术,以乙硼烷(B2H6)为掺杂源,溅射本征ZnO靶材不失为一种有效的解决方案。本论文采用气源掺杂技术,通过调整B2H6的掺入量,实现了BZO薄膜掺杂浓度的灵活、可控制备。在玻璃上沉积光、电性能优异的BZO薄膜,经过后处理优化,应用于薄膜太阳电池中。具体研究内容及成果如下：(1)首先系统研究了B2H6与Ar气体不同配比及不同流量对BZO薄膜掺杂的影响。结果表明,在Ar流量足够大的情况下,薄膜的掺杂与B2H6和Ar气体的配比没有绝对关系,而B2H6的气体流量变化对有效掺杂的影响很大。在合适的B2H6和Ar气体流量下制备的BZO薄膜具有较高的长波透过率。在0.7mm厚的Eagle XG衬底上沉积1.0μm厚样品,在1200nm波长处的透过率为68.1%。在此条件下沉积的薄膜电阻率为1.07×10-3Ω·cm。(2)研究了薄膜沉积过程中及沉积后热退火处理温度对薄膜结晶质量的影响。在沉积过程中和退火处理中,适当的提高温度有助于优化ZnO薄膜的结晶质量,在合适的退火温度处理后,薄膜的电阻率从退火前的1.07×10-3Ω·cm优化到5.09×10-4Ω·cm。在沉积过程中对沉积温度进行动态变化调整,即本文创新性提出的动态沉积温度制备方式,直接制备的薄膜电阻率可以达到7.83×10-4Ω·cm,即在未经退火处理情况下制备获得了10-4Ω·cm量级电阻率的高电导BZO薄膜。(3)创新性提出：退火前在BZO薄膜上蒸镀一层铝膜,从而实现了薄膜经高温退火光学特性显著改善的同时,未造成电学性能的退化。材料的特性测试结果表明：由于薄膜结晶质量的改善,经此处理的薄膜有良好的透过率和电学特性。电阻率最低可以达到4.64×10-4Ω·cm；经湿法腐蚀后薄膜绒度得到显著提高,腐蚀后绒度(Haze)在550nm、800nm,1000nm,1200nm处分别达到96.5%、90.2%、79.6%、61.9%,远高于目前报道的溅射技术制备ZnO透明导电薄膜的绒度水平。在微晶硅薄膜太阳电池中的应用进一步证明了：该方法制备的材料可提高电池的短路电流密度,进而提高电池的效率。