寬光譜絨面結(jié)構(gòu)Mg和Ga共摻雜ZnO薄膜生長(zhǎng)及應(yīng)用研究.pdf

1、透明導(dǎo)電氧化物(TCO)薄膜是硅基薄膜太陽(yáng)電池的重要組成部分，其應(yīng)在較寬的光譜范圍(λ~320nm-1100nm)內(nèi)具有較高的透過(guò)率，同時(shí)具有較低的電阻率和較高的光散射能力。氫化Ga和Mg共摻雜ZnO(HMGZO)薄膜，由于Mg的摻雜，有效地展寬了HMGZO薄膜的光學(xué)帶隙(Eg)，可達(dá)~3.66eV，而Ga和H的引入提高了薄膜電阻率，使得電阻率達(dá)到10-4Ωcm量級(jí)。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，獲得的MGZO薄膜的表面較為平整，且光電性能仍有提升空間。

2、本論文主要研究并優(yōu)化獲得了具有一定表面粗糙度的絨面結(jié)構(gòu) HMGZO薄膜，詳細(xì)研究了薄膜的光電性能及光散射特性等，并將寬光譜絨面結(jié)構(gòu) HMGZO薄膜應(yīng)用于硅基薄膜太陽(yáng)電池。主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)果如下：
　　首先，研究并優(yōu)化沉積參數(shù)（如：H2流量，襯底溫度和Ga含量等），獲得了具有一定表面粗糙度的HMGZO薄膜，并將優(yōu)化的HMGZO薄膜應(yīng)用于非晶硅太陽(yáng)電池。H2能夠調(diào)節(jié)薄膜的電學(xué)特性，較高的襯底溫度和適當(dāng)?shù)暮穸扔兄谔岣弑∧け砻娲植诙龋徊?/p>

3、用襯底固定在整體輝光區(qū)域正上方的生長(zhǎng)方式，可以提高HMGZO薄膜的結(jié)晶質(zhì)量。在Ga和Mg含量分別為2.0wt％和4.0wt%，襯底溫度為280℃，及 H2流量為4.0sccm時(shí)，采用襯底固定在整體輝光區(qū)域正上方的生長(zhǎng)方式，獲得了高質(zhì)量的HMGZO薄膜：電阻率~8.89×10-4Ωcm，電子遷移率~20.9cm2/V·s，350nm-1100nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)平均透過(guò)率達(dá)82.3%，光學(xué)帶隙Eg~3.87eV。將HMGZO薄膜應(yīng)用于非晶硅薄膜

4、電池，明顯增加了電池短路電流密度，提高了電池效率。
　　其次，直接生長(zhǎng)獲得的 HMGZO薄膜表面粗糙度較小，光散射能力較弱。為提高 HMGZO薄膜的絨度，我們采用了兩種研究思路：1）采用稀鹽酸(HCl)溶液對(duì) HMGZO薄膜進(jìn)行濕法刻蝕處理。主要研究了腐蝕時(shí)間、腐蝕劑濃度和薄膜厚度等參數(shù)對(duì)薄膜表面腐蝕特性的影響，在HCl濃度為0.1%，腐蝕時(shí)間為75s時(shí)，HMGZO薄膜在波長(zhǎng)λ~800nm處的Haze值達(dá)到了37.88%，方塊電阻

5、為17.61Ω；2）采用蒙砂刻蝕法對(duì)平面玻璃（超白玻璃）表面進(jìn)行濕法腐蝕處理，從而獲得微米級(jí)尺寸彈坑狀結(jié)構(gòu)，其橫向尺寸范圍為~8至25μm。當(dāng)拋光次數(shù)(x)為1時(shí)，玻璃的表面粗糙度(RMS roughness)達(dá)到409.0nm，在400nm-1100nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)絨度(Haze)值~80%。在絨面玻璃上生長(zhǎng)的 HMGZO薄膜有效保持了玻璃的織構(gòu)化特征，HMGZO/textured glass呈現(xiàn)出較高的絨度值。此外，將優(yōu)化的絨面玻璃

6、/HMGZO薄膜應(yīng)用于非晶硅薄膜電池。相比于平面玻璃/HMGZO薄膜，絨面玻璃/HMGZO薄膜明顯地提高了電池的光電轉(zhuǎn)化效率，其中主要提高了短路電流密度(Jsc)，這是由于其具有較高的光散射能力造成的。
　　最后，為改善 HMGZO薄膜的晶粒尺寸和光散射特性，研究了多層結(jié)構(gòu)薄膜 Glass/ITO(Sn摻雜 In2O3)/HMGZO、Glass/BZO(B摻雜 ZnO)/HMGZO及Glass/HMGZO/BZO的光電特性。ITO