ITO薄膜及其在柔性硅基薄膜太陽電池中的應(yīng)用研究.pdf

1、ITO(Sn摻雜In2O3，即In2O3：Sn)薄膜由于同時(shí)結(jié)合了高電導(dǎo)率，可見光范圍內(nèi)的高透過率及易于低溫制備的特性，廣泛應(yīng)用于有機(jī)發(fā)光器件、平板顯示器及光伏器件等領(lǐng)域。在本論文中，為了將其應(yīng)用于不銹鋼及PET塑料兩種柔性襯底硅基薄膜太陽電池中，主要采用反應(yīng)熱蒸發(fā)的方法，在低溫條件下制備了高質(zhì)量的ITO薄膜，具體的研究內(nèi)容分為以下幾個方面：
　　 采用電阻反應(yīng)熱蒸發(fā)技術(shù)，通過調(diào)節(jié)襯底溫度和氧分壓改善：ITO薄膜的結(jié)構(gòu)及光電特性

2、，并著重探討了ITO薄膜的低溫生長機(jī)理。研究結(jié)果表明：低溫沉積容易導(dǎo)致薄膜的非晶化，薄膜的性能隨著襯底溫度的升高而得到改善，但高溫限制了ITO薄膜在柔性太陽電池中的應(yīng)用，因此我們通過進(jìn)一步調(diào)整反應(yīng)室中的氧分壓，使得低溫沉積的ITO薄膜的性能得以優(yōu)化。最終，在Ts=140℃，pO2=0.10pa的條件下，在普通玻璃襯底上獲得了可見光平均透過率約為90％，電阻率為3.59×10-4Ωcm的ITO薄膜。
　　 作為對比，采用電子束反應(yīng)

3、熱蒸發(fā)的方法制備了ITO薄膜，同樣分析了襯底溫度、氧分壓對ITO薄膜性能的影響。相對于電阻反應(yīng)熱蒸發(fā)技術(shù)，電子束蒸發(fā)制備的ITO薄膜未獲得更好的光電特性，需要另外的退火工藝。非晶結(jié)構(gòu)的ITO薄膜在退火過程中經(jīng)歷了結(jié)構(gòu)弛豫，晶核形成和晶粒長大三個過程。在空氣中退火30min，退火溫度為200℃時(shí)，ITO薄膜的光學(xué)帶隙為3.88eV，可見光范圍內(nèi)的透過率為80％，電阻率達(dá)到3.17×10-4Ωcm。
　　 電阻反應(yīng)熱蒸發(fā)相對于濺射技

4、術(shù)具有較小的粒子轟擊能量，因此，在將其作為前電極應(yīng)用于n—i-p型不銹鋼襯底及p-i-n型PET塑料襯底硅基薄膜太陽電池時(shí)，減小了前電極制備過程中對已沉積的p層及塑料襯底表面特性的損傷，從而有利于優(yōu)化電池的性能。
　　 在不銹鋼襯底太陽電池前電極的研究方面，通過改變乙硼烷的摻雜濃度獲得了不同晶化率的p型材料，詳細(xì)分析了p型材料對ITO薄膜及p/ITO界面特性的影響，結(jié)果表明，晶化的p層有利于ITO薄膜的結(jié)晶生長，具有合適晶化率且

5、電學(xué)特性良好的p層使得p/ITO界面的接觸特性得到優(yōu)化。當(dāng)p層的摻雜濃度為1％時(shí)，其暗電導(dǎo)率為0.1S/cm，此時(shí)p/ITO的接觸電阻為0.012kΩ，將其應(yīng)用于電池，獲得開路電壓為0.87V，轉(zhuǎn)換效率為6.57％的不銹鋼襯底n-i-p型非晶硅太陽電池。
　　 對于PET塑料襯底太陽電池，針對PET塑料耐溫性差的特點(diǎn)，詳細(xì)分析了襯底溫度對PET襯底上沉積ITO薄膜性能的影響，研究發(fā)現(xiàn)：適當(dāng)?shù)靥岣咭r底溫度有利于改善ITO薄膜的結(jié)晶