薄膜太阳能电池用高陷光性能透明导电氧化物薄膜的研究

陷光材料和陷光结构的设计使用对提高薄膜太阳能电池的效率至关重要。透明导电氧化物（TCO）薄膜是薄膜太阳能电池的透明电极材料，本项目拟从光电性能及表面结构两方面提高TCO薄膜的陷光性能。首先，制备可见和近红外光区同时具备高透过率的新型掺杂In2O3:W（IWO）薄膜，拓宽有效光谱范围，提高太阳光利用率，阐明IWO薄膜的透明导电机理及微观结构、电学性能和光学参数之间的关系；其次，利用聚苯乙烯微球模板技术，在新型掺杂IWO薄膜表面制备具有严格周期性的微碗状阵列，形成具有散射和漫反射特性的织构表面，增加吸收层的有效光程，研究阵列周期及形状对薄膜光学参数的影响，建立陷光模型；最后，研究高陷光性能TCO薄膜的光电性能、碗状阵列的形状尺寸对电池效率的影响及机理，检验修证陷光模型。本项目将为薄膜太阳电池陷光结构的实现和光电转换效率的提高提供新的思路并打下实验室研究基础。

本项目分三个方面开展了太阳能电池用高陷光性能透明导电氧化物薄膜的研究：首先，通过调节溅射功率、工作气压、反应溅射的氧/氩比、溅射时间以及衬底温度等溅射参数来控制薄膜的厚度、结构、微观形貌及光电性能，通过对工艺参数的优化，得到各方面性能优良的新型掺杂In2O3:W(IWO)薄膜，并实现了室温下IWO薄膜的制备。其次，在ITO和IWO表面进行了金属微网格的修饰，研究了网格溅射时间及网格尺寸对两种透明导电薄膜光电性能的影响，分析了内在机理，并优化了微网格的制备参数。第三，在IWO薄膜表面修饰了IWO本体的直径为1.2微米的微网格，研究了溅射时间对修饰后IWO薄膜光电性能及陷光性能的影响，分析了微网格对IWO薄膜光电性能影响的物理机理。. 本项目研究中，直流磁控溅射制得IWO薄膜的电阻率最低达到，6.3×10-4 Ω•cm，载流子浓度及迁移率分别为2.2×1020 cm-3和59 cm2V-1s-1，可见光平均透射率约为90%，近红外光平均透射率大于81%。射频磁控溅射室温沉积制得IWO薄膜的电阻率最低达到3.9×10-4 Ω•cm，载流子浓度为7.1×1020 cm-3，载流子迁移率为23 cm2V-1s-1。金属微网格修饰后，电阻率下降，漫反射率最高可提高100%。本体微网格修饰后，电阻率下降，漫反射率平均提高150%以上。以上研究有效提高了透明导电氧化物薄膜作为太阳能电池透明电极的陷光性能。