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太阳能光伏技术作为一种新型的绿色能源技术,具有无污染和能量充足的优点,因而越来越受到人们的重视。目前,提高太阳能电池的转换效率仍然是人们迫切希望解决的问题。限制太阳能电池转换效率的因素很多,其中表面的光反射和金属电极遮挡是两个重要的原因。为了减少反射和电极遮挡造成的负面影响,采用透明导电材料来制备表面的减反射薄膜和电极是一种可能的方法。
氧化锌是一种天然呈n型的直接带隙半导体材料,室温下禁带宽度为3.37ev,具有透明导电的性质。由于其原材料丰富无毒,掺杂后具有高电导率和透过率,因而,ZnO作为透明导电氧化物(TCO)薄膜有可能取代电池表面的金属电极,以降低电池表面的光学损失。同时,由于氧化锌易于制成各种纳米结构,而借助于纳米结构优良的减反射特性,可以制备出低反射率的氧化锌透明导电薄膜来提高太阳能电池对可见光的吸收。
本论文主要利用金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术在硅衬底表面沉积出氧化锌透明导电减反射薄膜,研究了MOCVD系统中的实验参数对氧化锌薄膜结构、光学和电学性质的影响。具体的研究内容如下:
1)通过改变衬底温度,研究了衬底温度对氧化锌薄膜结构、光电性质的影响。随着温度的升高,薄膜的晶体质量先显著提高后又略微下降,450℃时生长出的薄膜具有较好的晶体质量。同时,随着温度的升高,三维凸起结构逐渐在薄膜表而形成,从而有利于薄膜反射率的降低。在整个温度变化范围内,薄膜的表面电阻都维持在一个较低的数值范围内。
2)通过改变生长时间,比较了薄膜厚度对氧化锌薄膜结构、光电性质的影响。随着膜厚的增加,薄膜的电学性质得到改善,但是薄膜的晶体质量却有所下降。另外,薄膜厚度的变化对薄膜反射率和表面形貌的影响不明显。
3)通过改变锌源流量大小,对比了不同锌源流量下,氧化锌薄膜不同的结构和光电性质。随着锌源流量的减小,纳米尺寸的结构逐渐在氧化锌薄膜表面形成,具有这些结构的薄膜在可见光范围内实现了较好的减反射效果。其中,N2流量为25sccm,O2流量为100sccm,生长温度为450℃,生长时间为十分钟时得到的薄膜具有最好的减反射效果。在可见光范围内,其反射率均在10%以下,最低可达1%,同时透射率也都在90%以上。另一方面,随着锌源流量的减小,薄膜的晶体质量得到了改善,从而有利于薄膜导电性