用于太阳能电池的ZnO透明导电薄膜的MOCVD制备与研究

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随着世界经济的飞速发展,能源紧缺造成的危机逐渐凸显出来,光伏技术作为新能源产业的重要组成部分受到了各个国家的密切关注。目前应用最为广泛的太阳能电池为硅基太阳能电池,提高电池的光电转换效率仍是科研人员工作的重点和难点。限制太阳能电池转换效率的因素有很多,其中电池表面的光反射与金属栅线的遮挡是造成入射光能量损失的原因之一。采用透明导电材料作为透明电极代替金属栅就成为一种提高电池性能的潜在方法。  氧化锌透明导电薄膜(ZnO Transparent Conductive Oxide Film,ZnO-TCO)是一种宽带隙氧化物半导体通过掺杂制备而成的薄膜材料,具有透过率高,电阻率低,成本低廉等优点。同时,氧化锌容易制备成多种纳米结构,可以通过调节薄膜的形貌来改进其光学与电学性能。  金属有机化合物化学气相沉积(Metal-organic Chemical Vapor Deposition,MOCVD)是常用的制备ZnO薄膜的方法之一。相比于磁控溅射,MOCVD是一种无粒子轰击的热分解过程,平缓的气流有助于生长出品格取向良好,结构致密的薄膜。更重要的是,在大面积生长薄膜方面,MOCVD技术有其独特的优势。  本文主要利用MOCVD技术在硅衬底表面沉积氧化锌透明导电减反射薄膜,通过实验研究了MOCVD系统中各项实验参数对薄膜结构与性质的影响。具体包括以下几方面:  (1)通过改变衬底温度观察薄膜形貌以及光学、电学特性的变化。在实验过程中,随着温度的升高,薄膜的致密程度逐渐增大,表面起伏逐渐加强。衬底温度为450℃时出现较为明显的“金字塔”结构。薄膜的电阻率和反射率都随着温度的升高呈现出先低后高的趋势。  (2)通过改变沉积时间研究厚度变化对氧化锌薄膜光学、电学性质的影响。在实验过程中,随着薄膜厚度的增加,薄膜的致密程度及表面起伏都随之增大,薄膜质量趋于良好,减反射性能有所提升。  (3)通过改变氧源流量改变氧锌比,研究氧锌比变化对薄膜形貌产生的影响。实验表明:变化的氧锌比可以调节氧化锌薄膜的表面形貌,适当提高锌源比有助于增大表面起伏,提高薄膜的陷光能力。  (4)探讨了基板旋转对薄膜形貌的影响,通过对比实验发现在沉积过程中使基板旋转会促使薄膜结构均匀,表面形貌起伏平缓,厚度降低。在静止基板上生长的氧化锌薄膜具有明显的起伏结构,薄膜较为致密,厚度适中,更适合作太阳能电池的前电极。
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