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掺Al的ZnO薄膜(简称AZO)不但制备简单、价格低廉、无毒无害而且具有透明、导电等优良特性。本文试图将AZO这些特性用于多晶硅半导体太阳电池制备中,希望能降低电池的成本、提高电池的性能。本文主要的工作和成果如下:
1.研究了室温下工艺条件(溅射功率、氩气流量)对AZO薄膜电学、光学、结构、表面形貌等性质的影响,获得AZO薄膜制备的最佳工艺条件:溅射功率150W,氩气流量60sccm(气体压强为0.6Pa)。
2.研究了退火对磁控溅射AZO薄膜性能的影响。在N2氛围中的退火,发现退火对此条件溅射的AZO薄膜的透射光学性质影响不大,在可见光区域透射率均在90%左右。
3.首次研究了形成AZO薄膜与N+型Si欧姆接触的机理和条件。结果发现AZO薄膜与N+型Si的比接触电阻先随温度升高而降低,当退火温度大于550℃后比接触电阻又提高;比接触电阻先随着退火时间的增加而降低,超过7.5min后又提高。最佳退火条件为N2氛围中,550℃下退火7.5min,所获得最低比接触电阻为7.32×10-4Ω.cm2。此工作申请了一件发明专利,并正式发表一篇论文。
5.用椭圆偏振检测磁控溅射的AZO薄膜折射率为1.93,与SiNx折射率1.97相近。研究了AZO在N+-Si上的光反射谱,结果表明:在可见光范围内反射率都比较低,尤其在波长为550nm处反射率在1.5%左右,可替代SiNx作为晶体硅的减反射膜。对AZO和SiNx两种减反膜的多晶硅太阳电池进行了对比测试分析,结果表明AZO薄膜在效率相对不高的太阳电池上比SiNx薄膜效果更好,而在高效率的电池片上,减反射效果与SiNx基本一致。同时发现AZO薄膜会出现不稳定现象,初步推测是由于AZO薄膜在多晶硅上厚度太薄不均所致。
总之,本文工作表明,AZO的透明、导电、合适的折射率等特性可用于晶体硅太阳电池等半导体光电器件中,具有广阔的应用前景。