硅基太阳能电池前电极材料的制备及相关性能研究

	硅基太阳能电池前电极材料的制备及相关性能研究
	王超
学位类型	博士后
导师	王占国
	2011
学位授予单位	中国科学院研究生院
学位授予地点	北京
学位专业	半导体材料
关键词	太阳能电池前电极 Ito 复合膜
摘要	由于近年来对清洁能源的重视，太阳能电池已经成为国内外研究的热点。硅基薄膜电池被认为是大幅度降低成本的根本出路，成为今后太阳能电池研究的主要方向。然而与其它硅基电池相比，薄膜电池也存在着转换效率偏低等问题。因此如何提高其转换效率是近年来硅基薄膜电池所要解决的主要问题。在提高硅基薄膜太阳能电池效率的研究中，前电极的性能以及与薄膜电池的匹配等问题获得了大量的关注。本研究报告从理论和实验上对硅基薄膜太阳能电池的前电极及电池的相关性能进行了分析。首先，采用美国宾州大学开发的AMPS 1D软件对硅基薄膜太阳能电池前电极及电池进行了理论分析。模拟分析中采用了p层为纳米硅的电池结构。研究结果表明前电极ITO功函数的变小会导致p层和i层能带向下弯曲程度变大，从而造成了整个电池内建电场的下降；ITO的功函数越小，在p层中产生的反向电场越强，越不利于空穴的收集；当ITO功函数小于4.7eV时，开路电压、填充因子和电池效率都比较低。对p/i界面的缺陷态的研究表明界面缺陷态的浓度达到1×1019 cm-3时，会导致对i层空穴收集能力的减弱，从而使得非晶硅太阳能电池性能变差。主要原因是从i层过来的空穴在界面处大部分被复合掉，这会导致太阳能电池的短路电流变小。采用磁控溅射法制备了硅基薄膜太阳能电池的前电极ITO薄膜。通过改变工艺参数分析了氧流量、溅射功率对ITO薄膜性能的影响。研究表明在较低衬底温度下，随着氧流量的增加，ITO薄膜的电阻率呈现一直增加的趋势，而薄膜的透光率随着氧流量的增加并没有出现明显的提高。因此，衬底温度小于100℃，制备ITO薄膜时应不通氧气为宜。溅射功率对ITO薄膜的光电性能也有较大影响。ITO薄膜的电阻率随着溅射功率的增大先显著减小，随后增大。当溅射功率为100W时，ITO薄膜的电阻率最小。为了进一步提高电池的性能，我们采用磁控溅射法制备了ITO/AZO复合薄膜作为硅基薄膜太阳能电池的前电极。XRD测试结果表明在ITO和p层间加入AZO缓冲层后会显著增强ITO的结晶性能。实验结果表明随着AZO层厚度的增加，复合薄膜的在可见光范围内的透射率略有降低，电学性能测试表明复合薄膜的电阻率随着AZO厚度的增加先降低后增加。在最优情况下获得的复合薄膜电阻率与单层ITO薄膜相比降低20%。将ITO/AZO复合膜应用于非晶硅太阳能电池上，在400-550nm范围内量子效率有显著提高。
学科领域	半导体材料
语种	中文
公开日期	2011-12-28
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.semi.ac.cn/handle/172111/22647
专题	中科院半导体材料科学重点实验室
推荐引用方式 GB/T 7714	王超. 硅基太阳能电池前电极材料的制备及相关性能研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院,2011.

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