NiOx/a-Si/ZnO太阳能电池研究

论文摘要

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NiOx/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NiOx薄膜,研究了氧气/氩气流量比、衬底温度及退火过程对NiOx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NiOx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5×10-4Ω.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:4.0×10-4Ω.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NiOx/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( VOC)达到0.4V,短路电流(ISC)为0.16 mA,填充因子（FF ）和转换效率（η）分别为0.64和1.1%。

论文目录

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