AZO薄膜的制备及其在太阳能电池中的应用研究

作     者：周辰 

作者单位：清华大学 

学位级别：硕士

导师姓名：林红

授予年度：2014年

学科分类：08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：透明导电薄膜 AZO薄膜 直流磁控溅射 溶胶凝胶 钙钛矿型太阳能电池 

摘      要：透明导电氧化物薄膜因其具有较高的电导率、可见光透过率较高，在太阳能电池、液晶显示等领域应用广泛。ITO（Sn掺杂InO）薄膜是其中最性能最好的一种而得到广泛的应用。然而，按照目前的消耗量，世界上In的储量只能使用18年。另外，ITO薄膜具有毒性，易脆以及在还原性气氛中不稳定等缺点，因此目前需要寻找一种新型透明导电薄膜。AZO（Al掺杂ZnO）薄膜是一种可替代的材料。它具有原料丰富，无毒，在红外区透明度高等优点，因而可被应用在太阳能电池上。但是，相比于ITO薄膜，AZO薄膜的导电性略显不足，有待提高。 本实验利用直流磁控溅射法和溶胶-凝胶法制备AZO透明导电薄膜。我们研究溅射电流、本底真空和退火温度等因素对薄膜电学性能的影响。经优化改进后，AZO透明导电薄膜的电阻率达到3.4×10-4Ωcm，绝对透光率达到90%。研究不同的薄膜退火温度、Al3+掺杂浓度等条件对AZO透明导电膜微 观形貌、电学及光学性能的影响。结果表明，退火温度、Al3+掺杂浓度和预热处理温度都会对薄膜的电性能、光性能产生影响。经优化改进制备的AZO透明导电薄膜的电阻率达到1.8×10-3Ωcm，绝对透光率达到94%。比较使用磁控溅射和溶胶凝胶法制备的AZO薄膜之间的差异，分析其 能级结构，并将这两种方法制备的AZO薄膜作为的透明电极制作钙钛矿型太阳能电池，获得3.6%的光电转换效率。