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玻璃基太阳能电池薄膜材料制备及其结构和性能研究

徐慢  
【摘要】: 在平板玻璃衬底上开展大面积、低成本的透明导电薄膜和太阳能薄膜材料的制备技术研究,对开发利用太阳能、降低成本和推动实用化进程具有重要的意义。该项目的研究对发展新的环境协调型材料和生态建筑材料、保护环境和实现可持续发展具有重要意义。 本文在系统总结和全面分析用于太阳能电池的透明导电薄膜、多晶硅薄膜材料和氟碳自洁净薄膜材料的研究现状基础上,深入研究了掺杂SnO_2导电薄膜和ITO透明导电薄膜的制备技术,系统地研究了Sol-Gel制备工艺参数、F、Sb离子的掺杂量,磁控溅射ITO薄膜的工艺参数、热处理条件等对透明导电膜的的微观结构与电性能的影响。研究了等离子体增强化学气相沉积a-Si薄膜工艺参数和金属诱导晶化的工艺参数对制备的poly-Si薄膜的微观结构和光电性能的影响。通过大量实验研究,取得了如下一些创新性成果: (1)采用改进的Sol-Gel法制备出均匀致密、晶粒大小约为10nm的SnO_2:F透明导电薄膜,其透光率达到85%,方块电阻约为20-30Ω/□。 (2)利用Sol-Gel法制备出SnO_2:Sb透明导电薄膜。Sb掺杂浓度为5%的SnO_2透明导电薄膜具有最低的方块电阻78Ω/□,载流子浓度可达1.1×10~(21)cm~(-3),迁移率为1.46cm~2V~(-1)·s~(-1),可见光平均透过率为75%。 (3)以90 wt%In和10 wt%Sn铟锡合金和氧化铟锡陶瓷靶为靶材,采用直流和射频磁控反应溅射法在玻璃基片制备出透过率高于85%,方块电阻小于10Ω的高取向生长的ITO透明导电薄膜。通过对几种不同导电薄膜的制备技术和导电薄膜材料性能的对比研究,获得了满足太阳能电池工艺一致性和整体性要求的TCO薄膜。 (4)利用PECVD设备在普通玻璃基片上沉积a-Si薄膜,采用铝诱导晶化法(AIC)在氮气气氛下进行快速退火处理成功地制备出晶化温度在500℃以下的poly-Si薄膜。 (5)设计了太阳能电池自洁净薄膜,并用射频溅射法成功制备了氟碳高分子疏水自洁净薄膜并进行了相关的机理的研究。该工作为制备高憎水性自洁净薄膜提供了新的视野和方法。


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