太陽能電池薄膜層材料的制備與性能研究.pdf

1、本文采用鋅、鋁靶直流磁控濺射的方法，制備Zn-Al-Zn三明治結構的ZnO∶Al(AZO)薄膜。主要研究襯底溫度在170℃～270℃范圍內(nèi)，薄膜的結晶性能、電學性能和光學性能及組織形貌隨襯底溫度的變化;通過調節(jié)氧氬比，研究氧氬比在1∶1～1∶4范圍內(nèi)變化時，薄膜的結晶狀態(tài)、電學性能、光學性能和組織形貌隨氧氬比的影響，摸索出最佳襯底溫度和氧氬比范圍;在最佳襯底溫度和氧氬比條件下，通過鍍鋁時間的控制，調節(jié)ZnO薄膜中鋁的摻雜量;通過對不同A

2、l摻雜量樣品的X光衍射、透光性，電阻率測試分析，研究Al摻雜前后的薄膜光電性能及結構形貌的變化;在空氣氣氛下，將薄膜分別在300℃、400℃、500℃的退火溫度下，退火1～3小時，觀察退火溫度和時間對薄膜性能的影響。使用等離子化學氣相沉積(PECVD)方法，初步制備了具有不同摻硼量的氫化非晶硅薄膜，通過改變硼烷和硅烷的流量比，研究不同摻雜量對薄膜透光性和電阻率的影響。
　　適當提高襯底溫度對改善薄膜的結晶有益。當提高襯底溫度，XR

3、D衍射峰會慢慢沿著(002)晶向擇優(yōu)生長。在190℃時，衍射峰最強，晶粒尺寸也最小。在較低或較高的襯底溫度情況下就易于形成結晶取向混亂的多晶硅薄膜，擇優(yōu)取向變差。因此，適合的襯底溫度是獲得結晶質量好的氧化鋅薄膜的重要因素之一。
　　薄膜的光電性能對氧分壓的高低比較敏感。在氧氣含量極低時，薄膜呈現(xiàn)黑色，此時是呈現(xiàn)類金屬特性，電阻率比較低。當氧氣含量較低時（氧氬比1∶3～1∶4），薄膜由金屬特性向半導體過渡，透光性明顯變好，導電性能大

4、幅度改善。當氧氣含量較高時（氧氬比1∶1），由于氧空位下降導致載流子濃度降低，導電性能下降。只有在在氧氣含量適當時，薄膜的電阻率最小。
　　不同濃度Al摻雜的ZnO薄膜的峰形很近似，只是衍射峰強度和角度略有不同。具體來說，隨著鋁摻雜濃度的增大，衍射峰強度先增強后減弱，薄膜的結晶性隨著鋁摻雜濃度的增大而變差，當鋁摻雜量為1.03％時，薄膜的晶粒尺寸最小，最小值為20.5mm。ZnO∶Al薄膜的電阻率先隨Al含量的增大而減小，當Al含

5、量在Wt=1.52％，獲得最小的方塊電阻為212Ω/□，可推測當Al含量過高時，電阻會有所增加。不同的鋁摻雜量對透光性影響不大，在可見光范圍內(nèi)(400～800nm)，透射率基本一致，均在85％以上，吸收邊會隨著鋁摻雜濃度的提高而向紫外區(qū)移動。當鋁摻雜量大體在1～1.5％范圍內(nèi)時，制得的AZO薄膜性能最佳。
　　退火處理能明顯改善對薄膜的導電性。合適的退火工藝能使薄膜重組再結晶，薄膜的內(nèi)部結晶形式和化學配比發(fā)生了改變，從而達到降低薄

6、膜電阻率的目的。薄膜電阻率在退火1.5小時后達到最低，并且不會隨著退火時間的延長而降低。
　　在用PECVD制備非晶硅薄膜中，當摻雜比例R＜0.01時，隨著硼烷與硅烷濃度比例的增加，薄膜中晶核的開始形成與長大，出現(xiàn)微晶粒，晶態(tài)比隨之增高。同時電阻率下降很快，跨越了三個數(shù)量級;當摻雜比例R＞0.01時，隨著硼烷與硅烷濃度比例由2％增加到4％，薄膜的晶態(tài)比呈下降趨勢，此時硼摻雜會抑制薄膜的晶化，電阻率下降平緩。輕量的硼摻雜對晶化有利，