[发明专利]一种绒面结构BZO/HGZO复合薄膜及应用无效

专利信息
申请号: 201110058727.1 申请日: 2011-03-11
公开(公告)号: CN102176471A 公开(公告)日: 2011-09-07
发明(设计)人: 陈新亮;耿新华;王斐;闫聪博;张德坤;孙建;魏长春;张建军;张晓丹;赵颖 申请(专利权)人: 南开大学
主分类号: H01L31/0352 分类号: H01L31/0352;H01L31/0232;H01L31/18;C23C16/40;C23C16/44;C23C14/35;C23C14/06;H01L31/20;H01L31/042
代理公司: 天津佳盟知识产权代理有限公司 12002 代理人: 侯力
地址: 300071*** 国省代码: 天津;12
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摘要:
搜索关键词: 一种 结构 bzo hgzo 复合 薄膜 应用
【说明书】:

技术领域

发明属于硅薄膜太阳电池领域,特别是一种绒面结构BZO/HGZO复合薄膜及在太阳电池中的应用。

背景技术

氢化非晶硅(a-Si:H)的光学带宽为1.7 eV左右,其吸收系数在短波方向较高,而氢化微晶硅(μc-Si:H)的光学带宽约为1.1 eV,其吸收系数在长波方向较高,并能吸收到近红外长波区域,吸收波长可扩展至1100nm,这就使太阳光谱能得到更好利用。图1给出了a-Si:H、μc-Si:H材料的吸收系数和相应的太阳光谱利用范围。此外,相比于非晶硅薄膜材料,微晶硅薄膜材料结构有序性程度高,因此,微晶硅薄膜电池具有很好的器件稳定性,无明显衰退现象。由此可见,微晶硅薄膜太阳电池可较好地利用太阳光谱的近红外光区域,而新型非晶硅/微晶硅(a-Si:H/μc-Si:H)叠层薄膜太阳电池将扩展太阳光谱应用范围,整体提高电池稳定性和效率,参见J. Meier, S. Dubail, R. Platz, etc. Solar Energy Materials and Solar Cells, 49 (1997) 35、Arvind Shah, J. Meier, E. Vallat-Sauvain, etc. Thin Solid Films, 403-404 (2002) 179。

晶粒尺寸对可比拟波长的光具有良好的散射作用。研究表明,绒面结构(textured structure)透明导电氧化物━TCO薄膜的应用可以增强光散射作用,改善陷光效果,它对提高Si基薄膜太阳电池的效率和稳定性(SW效应)起到决定性的影响,参见A. V. Shah, H. Schade, M. Vanecek, etc. Progress in Photovoltaics, 12 (2004) 113。绒面结构主要与薄膜的晶粒尺寸、晶粒形状和粗糙度等因素有关。图2形象地描述了Si薄膜太阳电池中的陷光结构,参见J. Müller, B. Rech, J. Springer, etc. Solar Energy, 77 (2004) 917。

根据Drude理论,近红外区的光学特性和材料的载流子浓度密切相关,其等离子体频率和自由载流子浓度的平方根成比例,参见V. Sittinger, F. Ruske, W. Werner, etc. Thin Solid Films 496 (2006) 16:

其中,―等离子体频率,―电子浓度,―基本电荷,―有效电子质量。若载流子浓度较高则增强了对近红外光的吸收。因此,基于μc-Si和a-Si/μc-Si叠层薄膜电池应用,希望p-i-n型电池结构中的前电极TCO具有良好的光散射特征,在可见光范围和近红外区域高透过率并维持高电导率,有效的途径是制备出绒面结构和较低载流子浓度而较高迁移率的TCO薄膜。若能结合高电导HGZO薄膜和绒面结构BZO薄膜的优点,制备新型高绒面结构BZO/HGZO复合薄膜将适应此方面的要求。

所有金属掺杂元素中,Ga和Zn半径相近,而且Ga-O键和Zn-O键的键长相近,容易实现替位掺杂,即使搞得掺杂浓度下,ZnO晶格畸变较小;并且Ga化学活性低,不容易发生氧化作用。因此,磁控溅射过程中,Ga作为掺杂剂是制备良好光电性能ZnO薄膜的较理想选择。E. Fortunato等,参见E. Fortunato, L.Raniero, L.Silva, etc. Solar Energy Materials & Solar Cells 92 (2008) 1605,利用射频磁控溅射技术研究了低温(室温条件下)Ga掺杂ZnO-TCO薄膜的微观结构及光电性能,溅射靶材为ZnO:Ga2O3陶瓷靶(Ga2O3,2.0wt.%),通过优化工艺,薄膜电阻率达~2.8×10-4Ωcm,电子迁移率~18cm2/Vs,可见光范围薄膜透过率为80%。

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