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文档简介

1、非晶硅太阳能电池Zn0(AI) A1复合背电极增反工艺优化.txt9母爱是一滴甘露,亲吻干涸的泥土,它用细雨的温情,用钻石的坚毅,期待着闪着碎光的泥土的肥沃;母爱不是人生中的一个凝固点,而是一条流动的河,这条河造就了我们生命中美丽的情感之景。 本文由leepingpang贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT,或下载源文件到本机查看。 一一 晶硅太阳能电池 : 复合背电极 增反工艺优化 王稚欣, 薛俊明 李养贤 周祯华 任慧志“ 王凯杰“ 耿新华 河北业大学, 天津, 南开大学光电子所 , , 天津 摘要: 在硅基薄膜太阳能电池中, 常使用透明导电氛化物( ) 与金属

2、组成的复合背反射电 极, 以增加对太阳光的收集效率, 从而提高太阳能电池的转化效率。实验发现, 透明导电膜 自 身性能、 厚度大小及其与 层界面匹配情况是影响背反射电极性能的重要因素, 所以本文将着 眼点放在优化 的制备工艺以得到性能良 好的 膜, 同时选择合适的膜厚并改善界面 匹配以提高背反射效果。通过实验和理论计葬, 得到最合适的膜厚 左右。与 相 比, 与 匹配更好。 关 词透 导 膜背 射 极 膜 梦 反 界 键 ,明 电 反 电 透 壁 面 己 : , , , , , : 池性能。 引言 对非晶硅太阳电池来说, 目前的关键问题是进 薄膜是一种宽禁带(, ) 型半 的 导体材料, 在氧

3、化锌中 掺人铝、 氟川等杂 可有 锢、 质, 效地提商薄膜的电导率, 改善薄膜性能。 : 在可见光区具有高的透射率和低电阻率, 其光学带 隙可由铝掺杂的比例进行控制, 作为一种重要光电 子信息材料, : 膜近年来得到广泛的研究。 制备 : 透明导电膜的方法主要有: 溅射 一步提高光电转换效率和改善稳定性。其中氧化物 透明导电膜 复合背反射电极不但可以 使 层的光吸收增强, 从而增大短路电流, 提高电池 的转化效率 而且可以进一步减薄 改善电 , 层, 池的稳定性。 早期的背反射电极的 膜多采用 膜, 但由于 中的锢原子容易向硅材料中扩散, 而且 膜对太阳光谱近红外区又有较强的吸收作用, 因此近

4、年来多用廉价的 代替 作为背 , 反射电极的 层; 此外, 可以阻挡金属背电 极元素如 或 向 层的扩散, 改善界面及电 法 蒸 发 法、 属 有机 化 学 汽 相 沉 积 法 金 ( )反应离子镀法、 , 溶胶一 凝胶法等, 其中磁 控溅射法是 目前制备 透明导电膜采用较 : 多的一种方法。 目前, 国内关于复合背反射电极的研究很少, 本 文就非晶硅太阳能电池的复合背反射电极中 膜厚度、 不同材料及其厚度对复合背电 极增反 科 非晶硅太阳能电池 复合背电极增反工艺优化 , 效果的影响进行了实验研究及理论分析。 实验结果讨论与理论计算 实验方法和增反原理 实验方法 本文首先采用 设备在玻璃衬底

5、上制备 材料。制备 材料时, 衬底温度为 压 , 力 , ; 功率 制备 材料, 衬底温度 在 压力 , , 功率 , 通过改变沉积时 间, 得到不同厚度的 材料。然后采用直流磁控溅 射方法, 在载玻片和 材料上戮射不同厚度的 膜。溅射时的溅射气压为 , 溅射功率为 ( ) ) , ( 。为了便于比较, 实验时要保证 同厚度的 薄膜的溅射条件 是一致的, 然后通过调节小车运行速度来完成一系 列厚度不同的 薄膜的制备。 用椭偏仪来测量 材料和 , 薄膜厚度, 使用 和分光光度计来测定 及 的透过率和反射率, 同时测定其方块 电阻大小。 增反原理 一 非晶硅太阳能电池的复合背电极增反原理是依 据薄

6、膜干涉理论 。 ,透明导电膜厚度对透过率的影响 利用直流磁控溅射法制备不同厚度的 透明导电膜, 在分光光度计上侧定其不同波长的 透过率, 制成曲线如图 所示, 可以看到, 随着厚度 的增加薄膜在短波区的透射率下降很快, 厚度为 的薄膜由于干涉作用其透射率在 镇 时开始下降, 而厚度较小的薄膜, 其透射率在 入 ( 时才开始下降。 在该波长范围内、 厚度越大 的薄膜, 由于薄膜干涉的影响, 其透射曲线出现的波 峰波谷越多, 其平均透过率较小。 卯 芝 哥 划 喇 仍 乃 波长 图 不同厚度, 透明导电膜发射率 随波长变化曲线 , 丫 图 背反射原理 透明导电膜厚度对反射率的影响 , 利用分光光度

7、计来测定不同厚度的 膜对 结构反射率的影响。图 为在 。 的 上溅射不同厚度 时, 反射率随波长的变化。 可以看到, 厚度为 在短 当, 时, 波区、 可见光区和近红外光区其反射率都保持较高 水平。当薄膜厚度逐渐增加时, 在该波长范围内, 由 于干涉作用, 反射率曲线的波峰波谷逐渐增多, 反射 妙 料 州 协 假设太阳光垂直人射, 忽略 层影响, 即 , 主要考虑 层对反射影响。 当膜厚满足条件( 考虑半波损失) : ( ) 时 干涉增强 时 习 干涉减弱 士 士) 公式中的 , , , 根据公式算出理论最佳值, 并与试验结果相比 寥 赞 盆 以 波长 较。 肠 进 哥 裸 叼 如果将 的厚度

8、由上面的 增加到 时, 膜的厚度较大时, 当 其反射率的 变化趋势与前面相仿, 此时 , 的厚度变化对反 射率影响不大。随着 , 膜厚减小( ) ( , 其近红外光区反射效果比前面有所改善 当 膜厚继续减小并接近 的厚度时 两反射 :; ; 率曲线相差很多, 此时 的厚度变化对反射率 石 有一定影响。 波长 与 层界面的匹配 () :与 为了优化 层界面的匹配, 将同厚 度的与不同厚度、 : 不同类型的 材料相匹 图 ( 上戮射不同厚度 ) 反射率变化曲线 , 膜, 配, 比较其反射率变化曲线如图 所示: , , ) ( 即 芝 哥 每 喇 印 护 脚 恻争 效果较差。而当 , 厚度小于 时。

9、 其 反射率不仅在短波区骤减, 而且在近红外光区, 甚至 在可见光区其反射效果也较差。 次 得 翻 喇 耳皮往 ) 团 一 切 趁 铃 石 名 力 波长 加 翔 侧 () 万 , 教 波长 () 。州 鉴 膝 翎 以 波长 石 刀 () 图 膜与不同厚度、 : 不同类型的 材料 相匹配时, 反射率变化曲线 , 波钧 () 图 中, 的厚度为 当 , () 时, 比 图 ) ( 上溅射不同厚度 反射率变化曲线 膜, , ( ) 较厚度相近的 ) ) ( 和 的反 ( 射率曲线 ( 忽略厚度影响) 可知当 。 簇 , 时, : 的反射率略大 于 的反射率, 在短波区 , 的反射率也下降较快簇) 图

10、 中, 的厚度为 与 : () , 卜 公 对 太阳电他的长期稳定性数学模型参数的初步研究 相比, 反射效果在短波区 有所改善 当。 时, : 的反射率略大于 , 的反射率。 鉴 舞 布 侧 ( ) ( 当的厚度增加时, 在可见光、 近红外光区反射 率会增加 , 在短波区反射率会变差( 下降很快) 。 理论计算结果 取 出 。 , 算 , 毛 , 对应的波峰、 波谷值。 当 , 谷值 峰值 , 当 峰值 谷值 , , 当 , 峰值 谷值 二 , 将理论计算与实验结果( 如图 相比较, ) 可以 看出, 大体趋势相近, 由此验证 了实验结果 的正确 , 险 芝 赞 鹅 叼 图 实验测得 ) (

11、反射率 曲线 峰谷 值 ( ) 仪 () 佳厚度在 左右。 利 本文得到国家重点基础研究发展规划项目 低 “ 价、 长寿命、 新型光伏 电池 的基础研究” 编号 ( 的支持, ,) 在此表示衷心 感谢 。 参考文献 陈治明 非晶半导体材料与器件 北京: 科 学出版社, , , 图 实验测得 ( ) 反射率曲线峰谷值 ( ) 根据实验结果我们知道 背反射效果 最佳时 的厚度为 , 左右, 取 , , , , , , , : , ( ) 算出 对应的波峰、 , 簇 , 波谷值。 当 , 一谷值 二 当 , 峰值 实验结果( 如图与理论计算值基本相符, ) 该厚 度下, 非晶硅太阳能电池复合背电极增

12、反效果最佳。 , , , , , : 结论 本文就非晶硅太阳能电池的复合背反射电极中 膜厚度、 不同 材料及其厚度对复合背电极 增反效果的影响进行了研究。 薄膜的厚 : 度影响其光电性能, 厚度越厚 的平均透过率 越差; 作为复合背电极使用时, 膜厚为 当 : 时, 其背反射效果最佳。与 , 透明 导电膜相接触的 层材料, 以 为最佳, 其最 , , , , : , , , , , , 1本文由leepingpang贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT,或下载源文件到本机查看。 一一 晶硅太阳能电池 : 复合背电极 增反工艺优化 王稚欣, 薛俊明 李养贤 周祯华 任

13、慧志“ 王凯杰“ 耿新华 河北业大学, 天津, 南开大学光电子所 , , 天津 摘要: 在硅基薄膜太阳能电池中, 常使用透明导电氛化物( ) 与金属组成的复合背反射电 极, 以增加对太阳光的收集效率, 从而提高太阳能电池的转化效率。实验发现, 透明导电膜 自 身性能、 厚度大小及其与 层界面匹配情况是影响背反射电极性能的重要因素, 所以本文将着 眼点放在优化 的制备工艺以得到性能良 好的 膜, 同时选择合适的膜厚并改善界面 匹配以提高背反射效果。通过实验和理论计葬, 得到最合适的膜厚 左右。与 相 比, 与 匹配更好。 关 词透 导 膜背 射 极 膜 梦 反 界 键 ,明 电 反 电 透 壁

14、面 己 : , , , , , : 池性能。 引言 对非晶硅太阳电池来说, 目前的关键问题是进 薄膜是一种宽禁带(, ) 型半 的 导体材料, 在氧化锌中 掺人铝、 氟川等杂 可有 锢、 质, 效地提商薄膜的电导率, 改善薄膜性能。 : 在可见光区具有高的透射率和低电阻率, 其光学带 隙可由铝掺杂的比例进行控制, 作为一种重要光电 子信息材料, : 膜近年来得到广泛的研究。 制备 : 透明导电膜的方法主要有: 溅射 一步提高光电转换效率和改善稳定性。其中氧化物 透明导电膜 复合背反射电极不但可以 使 层的光吸收增强, 从而增大短路电流, 提高电池 的转化效率 而且可以进一步减薄 改善电 , 层

15、, 池的稳定性。 早期的背反射电极的 膜多采用 膜, 但由于 中的锢原子容易向硅材料中扩散, 而且 膜对太阳光谱近红外区又有较强的吸收作用, 因此近年来多用廉价的 代替 作为背 , 反射电极的 层; 此外, 可以阻挡金属背电 极元素如 或 向 层的扩散, 改善界面及电 法 蒸 发 法、 属 有机 化 学 汽 相 沉 积 法 金 ( )反应离子镀法、 , 溶胶一 凝胶法等, 其中磁 控溅射法是 目前制备 透明导电膜采用较 : 多的一种方法。 目前, 国内关于复合背反射电极的研究很少, 本 文就非晶硅太阳能电池的复合背反射电极中 膜厚度、 不同材料及其厚度对复合背电 极增反 科 非晶硅太阳能电池

16、复合背电极增反工艺优化 , 效果的影响进行了实验研究及理论分析。 实验结果讨论与理论计算 实验方法和增反原理 实验方法 本文首先采用 设备在玻璃衬底上制备 材料。制备 材料时, 衬底温度为 压 , 力 , ; 功率 制备 材料, 衬底温度 在 压力 , , 功率 , 通过改变沉积时 间, 得到不同厚度的 材料。然后采用直流磁控溅 射方法, 在载玻片和 材料上戮射不同厚度的 膜。溅射时的溅射气压为 , 溅射功率为 ( ) ) , ( 。为了便于比较, 实验时要保证 同厚度的 薄膜的溅射条件 是一致的, 然后通过调节小车运行速度来完成一系 列厚度不同的 薄膜的制备。 用椭偏仪来测量 材料和 , 薄

17、膜厚度, 使用 和分光光度计来测定 及 的透过率和反射率, 同时测定其方块 电阻大小。 增反原理 一 非晶硅太阳能电池的复合背电极增反原理是依 据薄膜干涉理论 。 ,透明导电膜厚度对透过率的影响 利用直流磁控溅射法制备不同厚度的 透明导电膜, 在分光光度计上侧定其不同波长的 透过率, 制成曲线如图 所示, 可以看到, 随着厚度 的增加薄膜在短波区的透射率下降很快, 厚度为 的薄膜由于干涉作用其透射率在 镇 时开始下降, 而厚度较小的薄膜, 其透射率在 入 ( 时才开始下降。 在该波长范围内、 厚度越大 的薄膜, 由于薄膜干涉的影响, 其透射曲线出现的波 峰波谷越多, 其平均透过率较小。 卯 芝

18、 哥 划 喇 仍 乃 波长 图 不同厚度, 透明导电膜发射率 随波长变化曲线 , 丫 图 背反射原理 透明导电膜厚度对反射率的影响 , 利用分光光度计来测定不同厚度的 膜对 结构反射率的影响。图 为在 。 的 上溅射不同厚度 时, 反射率随波长的变化。 可以看到, 厚度为 在短 当, 时, 波区、 可见光区和近红外光区其反射率都保持较高 水平。当薄膜厚度逐渐增加时, 在该波长范围内, 由 于干涉作用, 反射率曲线的波峰波谷逐渐增多, 反射 妙 料 州 协 假设太阳光垂直人射, 忽略 层影响, 即 , 主要考虑 层对反射影响。 当膜厚满足条件( 考虑半波损失) : ( ) 时 干涉增强 时 习

19、干涉减弱 士 士) 公式中的 , , , 根据公式算出理论最佳值, 并与试验结果相比 寥 赞 盆 以 波长 较。 肠 进 哥 裸 叼 如果将 的厚度由上面的 增加到 时, 膜的厚度较大时, 当 其反射率的 变化趋势与前面相仿, 此时 , 的厚度变化对反 射率影响不大。随着 , 膜厚减小( ) ( , 其近红外光区反射效果比前面有所改善 当 膜厚继续减小并接近 的厚度时 两反射 :; ; 率曲线相差很多, 此时 的厚度变化对反射率 石 有一定影响。 波长 与 层界面的匹配 () :与 为了优化 层界面的匹配, 将同厚 度的与不同厚度、 : 不同类型的 材料相匹 图 ( 上戮射不同厚度 ) 反射率

20、变化曲线 , 膜, 配, 比较其反射率变化曲线如图 所示: , , ) ( 即 芝 哥 每 喇 印 护 脚 恻争 效果较差。而当 , 厚度小于 时。 其 反射率不仅在短波区骤减, 而且在近红外光区, 甚至 在可见光区其反射效果也较差。 次 得 翻 喇 耳皮往 ) 团 一 切 趁 铃 石 名 力 波长 加 翔 侧 () 万 , 教 波长 () 。州 鉴 膝 翎 以 波长 石 刀 () 图 膜与不同厚度、 : 不同类型的 材料 相匹配时, 反射率变化曲线 , 波钧 () 图 中, 的厚度为 当 , () 时, 比 图 ) ( 上溅射不同厚度 反射率变化曲线 膜, , ( ) 较厚度相近的 ) ) ( 和 的反 ( 射率曲线 (

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