NiO_x/a-Si/ZnO太阳能电池研究

【摘要】：全球正处于能源危机和环境污染两大问题的困扰之中,太阳能作为取之不尽、用之不竭的清洁能源越来越受到人类社会的广泛关注。本论文以探索新材料、提高太阳能电池效率为目的,设计并制备了NiO_x/a-Si/AZO结构的太阳能电池。主要内容为以下三个方面: 1.直流磁控反应溅射沉积NiO_x薄膜,研究了氧气/氩气流量比、衬底温度及退火过程对NiO_x薄膜的影响。实验和分析表明,随着氧气/氩气流量比的增加,薄膜的透过率呈现出减小趋势、薄膜电阻呈现出先减小后增大趋势,室温条件下,氧气/氩气流量比为1:1时,制备的NiO_x薄膜取得最小的薄膜电阻(0.59 kΩ/□);随着制备温度的升高,薄膜的电阻表现出单调增加,透过率表现出单调下降;真空退火有助于降低薄膜的电阻,但是同时降低了薄膜的透过率。 2. RF溅射沉积AZO薄膜。通过EDS和XRD相关分析,表明铝(Al)被有效的掺入ZnO晶格中形成AZO薄膜;随着氩气压强增大,AZO薄膜表面的粗糙度增加,薄膜的沉积速率随之下降;AZO薄膜电阻随着氩气压强增大表现出先减小后增大的规律,当压强为0.6Pa时,AZO薄膜的电阻率为5×10~(-4)Ω.cm,可见光的透过率高于90%;RF功率为150W时,薄膜有最小的电阻率:4.0×10~(-4)Ω.cm;不同功率下,AZO薄膜的平均透过率高于80%,随着功率增加,透过率也表现出增加的趋势;AZO薄膜的光学带隙宽度(Eg)随着RF功率增加而减小,当功率为200W时,禁带宽度约为3.43eV。 3.制备了NiO_x/a-Si/AZO结构的太阳能电池,通过半导体特性分析系统(4200-SCS)对其测试,电池的开路电压( V_(OC))达到0.4V,短路电流(I_(SC))为0.16 mA,填充因子(FF )和转换效率(η)分别为0.64和1.1%。 【关键词】：磁控溅射 NiO_x薄膜 AZO薄膜 太阳能电池
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 课题研究背景10-13
• 1.2 课题研究意义13-16
• 1.3 本论文研究的主要内容16-17
• 第二章 太阳能电池原理及薄膜制备与表征方法17-38
• 2.1 太阳能电池基本原理17-25
• 2.1.1 半导体光吸收17-21
• 2.1.2 半导体PN 结基础21-24
• 2.1.3 光生伏特效应24-25
• 2.2 太阳能电池的重要参数25-30
• 2.2.1 开路电压与短路电流25-28
• 2.2.2 光电转换效率和填充因子28-30
• 2.3 薄膜制备设备30-34
• 2.3.1 磁控溅射30-32
• 2.3.2 PECVD32-34
• 2.4 主要测试手段34-38
• 2.4.1 薄膜厚度测试34-36
• 2.4.2 薄膜方块电阻测试36-37
• 2.4.3 光伏电流电压测试37
• 2.4.4 其它表征方法37-38
• 第三章 直流磁控反应溅射制备NiO_x薄膜38-51
• 3.1 P-NiO_x 薄膜38-39
• 3.2 基片准备39
• 3.3 NiO_x 薄膜制备的主要参数及实验步骤39-41
• 3.4 氧/氩比对NiO_x 薄膜的影响41-47
• 3.5 衬底温度对NiO_x 薄膜光电特性的影响47-48
• 3.6 退火温度对NiO_x 薄膜的影响48-50
• 3.7 本章小结50-51
• 第四章 射频磁控溅射制备AZO 薄膜51-67
• 4.1 AZO 薄膜导电机制及运用51-53
• 4.2 材料及主要参数53-55
• 4.3 Ar 气压强对AZO 薄膜的影响55-61
• 4.3.1 Ar 气压强对AZO 薄膜形貌的影响55-58
• 4.3.2 Ar 气压强对AZO 薄膜电学特性的影响58-59
• 4.3.3 Ar 气压强对AZO 薄膜光学特性的影响59-61
• 4.4 RF 功率对AZO 薄膜的影响61-66
• 4.4.1 RF 功率对AZO 薄膜的结构、形貌影响61-64
• 4.4.2 RF 功率对AZO 薄膜电学特性的影响64
• 4.4.3 RF 功率对AZO 薄膜光学特性的影响64-66
• 4.5 本章小结66-67
• 第五章 NiO_x/a-Si/AZO 太阳能电池初步制备与测试67-73
• 5.1 非晶硅薄膜67-69
• 5.2 NiO_x/a-Si/AZO 太阳能电池制备69-71
• 5.2.1 NiO_x/a-Si/AZO 太阳能电池制备69
• 5.2.2 AZO/Al 欧姆接触69-70
• 5.2.3 NiO_x 与电极接触70-71
• 5.3 NiO_x/a-Si/AZO 太阳能电池测试71-72
• 5.4 本章小结72-73
• 第六章 结论73-75
• 6.1 结论73-74
• 6.2 存在的问题及建议74-75
• 致谢75-76
• 参考文献76-80
• 攻硕期间取得的研究成果80-81

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