高绒度掺硼氧化锌透明导电薄膜用作非晶硅太阳电池前电极的研究

将自行研制的具有优异陷光能力的掺硼氧化锌用作p-i-n型非晶硅太阳电池的前电极,并且将传统商业用U型掺氟二氧化锡作为对比电极.相比表面较为平滑的掺氟二氧化锡,掺硼氧化锌表面大类金字塔的绒面结构会在本征层生长过程中触发阴影效应,形成大量的高缺陷材料区和漏电沟道,进而恶化电池的开路电压和填充因子.在不修饰掺硼氧化锌表面形貌的情况下,通过调节非晶硅本征层的沉积温度来消弱高绒度表面形貌引起的这种不利影响,对应的电池开路电压和填充因子均出现提升.在仅有铝背电极的情况下,在本征层厚度为200 nm的情况下,以掺硼氧化锌为前电极的非晶硅太阳电池转换效率达7.34%(开路电压为0.9 V,填充因子为70.1%,短路电流密度11.7 mA/cm2).     

氢气引入对宽光谱Mg和Ga共掺杂ZnO透明导电薄膜的特性影响

为适应宽光谱高效率硅基薄膜太阳电池的应用需求,本文尝试采用直流磁控溅射技术在553 K衬底温度下生长氢化Mg和Ga共掺杂ZnO(HMGZO)透明导电氧化物(TCO)薄膜.通过对薄膜微观结构、表面形貌、电学以及光学性能的测试和分析,详细地研究了氢气(H2)流量(0—16.0 sccm)对HMGZO薄膜结晶特性及光电性能的影响.实验结果表明:生长获得的HMGZO薄膜均为六角纤锌矿结构的多晶薄膜,择优取向为(002)晶面生长方向.薄膜的生长速率随着氢气流量的增加呈现逐渐减小趋势,主要归因于溅射产额的减小.适当的氢气引入会引起晶粒尺寸的增加.随着氢气流量由0增加至4.0 sccm,ZnO薄膜电阻率从177?·cm急剧减小至7.2×10-3?·cm,主要是由于H施主的引入显著地增加了载流子浓度;然而进一步增加氢气流量(4.0—16.0 sccm)造成电阻率的轻微增加,主要归因于载流子浓度的减小以及过多氢杂质引入造成杂质散射的增加.所有生长获得的HMGZO薄膜平均光学透过率在波长λ～320—1100 nm范围内可达87%以上.由于Mg的作用及Burstein-Moss效应的影响造成了带隙展宽,带隙变化范围～3.49—3.70 eV,其中最大光学带隙Eg可达～3.70 eV.     

In_2O_3:Sn中间层改善B掺杂ZnO薄膜的性能及其应用研究

金属有机化学气相沉积(MOCVD)法生长的掺硼氧化锌(BZO)薄膜,具有天然的"类金字塔"绒面结构,作为硅基薄膜太阳电池的前电极具有良好的陷光效果.但直接获得的BZO薄膜表面形貌过于尖锐,影响后续硅基薄膜材料生长质量及太阳电池的光电转换效率.本文设计了以一层超薄In2O3:Sn(ITO)薄膜(～4 nm厚度)作为中间层的多层膜,并通过对顶层BZO薄膜的厚度调制,改善BZO薄膜的表面特性,薄膜结构为:glass/底层BZO/ITO/顶层BZO.合适厚度的顶层BZO薄膜有助于获得类似"菜花状"形貌特征,尖锐的表面趋于"柔和",而较厚的顶层BZO薄膜仍然保持"类金字塔状"结构."柔和"的BZO薄膜表面结构有助于提高后续生长薄膜电池的结晶质量.将获得的新型"三明治"结构多层膜应用于p-i-n型氢化微晶硅(μc-Si:H)薄膜太阳电池,相比传统的BZO薄膜,电池的量子效率QE在500—800 nm波长范围提高了～10%,并且电池的Jsc和Voc均有所提高.     

Structural properties of a-SiO_x:H films studied by an improved infrared-transmission analysis method

An improved method of fitting point-by-point is proposed to determine the absorption coefficient from infrared(IR)transmittance. With no necessity of empirical correction factors, the absorption coefficient can be accurately determined for the films with thin thicknesses. Based on this method, the structural properties of the hydrogenated amorphous silicon oxide materials(a-SiOx:H) are investigated. The oxygen-concentration-dependent variation of the Si–O–Si and the Si–H related modes in a-SiOx:H materials is discussed in detail.     

A new kind of superimposing morphology for enhancing the light scattering in thin film silicon solar cells:Combining random and periodic structure

In this article, a new type of superimposing morphology comprised of a periodic nanostructure and a random structure is proposed for the first time to enhance the light scattering in silicon-based thin film solar cells. According to the framework of the Reyleigh-Sommerfeld diffraction algorithm and the experimental results of random morphologies, we analyze the light-scattering properties of four superimposing morphologies and compare them with the individual morphologies in detail. The results indicate that the superimposing morphology can offer a better light trapping capacity, owing to the coexistence of the random scattering mechanism and the periodic scattering mechanism. Its scattering property will be dominated by the individual nanostructures whose geometrical features play the leading role.     

室温制备低电阻率高透过率H,W共掺杂ZnO薄膜

采用脉冲直流磁控溅射法,以WO3:ZnO陶瓷靶为溅射靶材,通过在溅射气氛中引入H2的方式,在室温条件下制备了低电阻率、高可见和近红外光区透过率的H,W共掺杂ZnO (HWZO)薄膜.系统地研究了H2流量对所制备的HWZO薄膜的结构、组分、元素价态、光电特性的影响.结果表明:掺入的H可促进Zn的氧化,改善薄膜的结晶质量,提高薄膜透过率.H引入之后薄膜的载流子浓度增加,电阻率降低.在H2流量为6mL/min时制备的HWZO薄膜性能最优,电阻率为7.71×10-4 Ω·m,光学带隙为3.58 eV,400-1100 nm的平均透过率为82.4％.     

B掺杂ZnO透明导电薄膜的实验及理论研究

采用脉冲直流磁控溅射技术与基于密度泛函理论的平面波赝势方法对B掺杂ZnO （BZO）薄膜进行了研究. 以B₂O₃：ZnO陶瓷靶为溅射靶材,制备了低电阻率、可见和近红外光区高透过率的BZO薄膜. 系统地研究了衬底温度对BZO薄膜的结构、光电特性的影响. 结果表明：适当的增加衬底温度可以促进BZO薄膜结晶质量改善,晶粒尺寸增加,迁移率增大,电阻率降低. 在200 ℃时制备了电阻率为7.03×10^-4 Ω·cm,400–1100 nm平均透过率为89%的BZO薄膜. 理论模拟结果表明：在BZO薄膜中,以替位方式掺入的B （B_Zn）的形成能最低,B主要以替位形式掺入ZnO,其次分别为八面体间隙（B_IO）和四面体间隙（B_IT）的掺杂方式. B 掺入后,费米能级穿过导带,材料表现出n型半导体特性,光学带隙展宽,导电电子主要来源于B 2p,O 2p及Zn 4s电子轨道. 关键词： BZO薄膜 第一性原理计算 磁控溅射 太阳电池     

硅薄膜沉积中等离子体辉光功率和阻抗的测试分析

采用改进的电压和电流测试方法对衬底电极外加不同电压V_s的射频等离子体中的阻抗和功率消耗进行了测试分析.结果表明：在射频电极施加恒定的电压V_el时，随衬底电极外加电压V_s的增加，辉光的电流在增加，结果导致阻抗在减小；另外，通过计算分析发现：仅有一小部分功率用于辉光，大部分功率消耗在匹配器和电缆上.通过对等离子体电学特性的综合测试分析也说明：在保证有足够多的硅烷时，衬底电极外加电压V关键词： 等离子体 辉光功率 阻抗 诊断     

疏水载流子传输层上制备高效钙钛矿太阳电池的锚固策略

几种常用的导电聚合物(如PTAA(聚三芳基胺))具有优良的光电特性,因此适合用作钙钛矿太阳电池中的空穴传输材料来提升器件性能.然而,这些材料的疏水特性导致难以形成致密且高质量的钙钛矿薄膜.此外,即使通过一些方法实现载流子传输层与钙钛矿膜之间的接触,但界面处也会存在严重的载流子复合.同时,这样制备出的粗糙钙钛矿薄膜会导致后续沉积在钙钛矿薄膜上的电子传输层的非均匀覆盖.因此,在疏水载流子传输层上实现良好钙钛矿薄膜沉积以获得优良器件性能仍然具有很大挑战性.在本研究中,利用PbI2进行锚固工程被证明是一种简便、绿色且有效的方法,可有效解决疏水载流子传输层浸润性问题.通过本方法,钙钛矿薄膜质量和器件性能得到了显著提高,并获得了效率高达19.53;的器件.同时,本方法也普遍适用于其他疏水的载流子传输层,进而制备优异的钙钛矿薄膜,这为高性能钙钛矿太阳电池的发展提供了一种可行策略.     

FeCl3模板辅助法由质子盐制备氮、硫、铁三掺杂碳纳米片及其催化氧还原反应

作为一种新型能源技术,燃料电池具有能源转化效率高、燃料可再生、运行安全清洁等优点,因而在应对全球持续增长的能源、环境问题方面受到广泛的研究.但是,燃料电池的阴极氧还原反应(ORR)存在动力学缓慢的固有特性,其反应过电位高,需要在催化剂的辅助下才能顺利发生反应并提供足够的电极电势.目前ORR催化性能最优的是铂基催化剂,但其存在着资源稀缺、价格昂贵、循环寿命差等缺陷,这也是制约燃料电池商业化应用的主要因素.因而要想实现燃料电池的大规模应用,寻找新的可替代铂基催化剂、且储量丰富、价格低廉的优秀ORR催化剂成为了研究的热点.近几年来,杂原子掺杂的碳材料以其价格低、催化性能卓越、优异的稳定性和抗甲醇性能等优点,逐渐发展成为最有前景的ORR催化剂.本文以FeCl3为模板和铁源,质子盐对苯二胺(PPS)为碳、氮、硫源,采用简单的一步中和法制备氮、硫、铁三掺杂的二维介孔碳纳米片催化剂(NSFC).TEM和BET结果显示,FeCl3不仅起到了二维模板的作用,同时在热处理过程中与无定形碳发生作用形成了丰富的介孔,大大提高了材料的比表面积和结构开放性,为ORR反应提供了反应场所.XPS结果显示,质子盐中和合成法不仅有效地简化了NSFC的合成步骤,而且能够灵活地控制材料的元素组成,实现了氮和硫的原位掺杂,有效构筑了杂原子掺杂活性位;同时FeCl3也为催化剂材料引入了Fe元素,进而形成催化活性更加优异的Fe-Nx活性位.电化学测试结果表明,通过调整FeCl3和PPS的比例,NSFC-3催化剂材料在结构形貌和表面功能达到了同时最优化,获得了与商业30 wt%Pt/C可比的催化性能,其起始电位和极限电流密度分别达到了–0.03 V和5.05 mA/cm2,同时NSFC-3具有优于商业30 wt%Pt/C的催化选择性、稳定性和抗甲醇性能.这源于稳定的二维纳米片层结构、丰富的表面介孔结构、大的比表面积和活性位点暴露率以及多种催化活性位点的协同催化效应.