低温生长ITO薄膜及其在太阳电池中的应用
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陈新亮(1978-),男,博士,副教授,硕士生 导师,主要从事光电子薄膜材料及器件领域研究.

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国家重点基础研究发展计划(2011CBA 00705,2011CBA00706,2011CBA00707)、天津市应用基础及前沿技术研究计划(13JCZDJC26900)、天津 市重大科技支撑计划(11TXSYGX22100)、科技部“863”高技术发展计划(2013AA050302)和中 央高校基本科研业务费专项(65010341)资助项目(1.南开大学 光电子薄膜器件与技术研究所,光电子薄膜器件与技术天津市重点实验室,光电信息技术科学教育部重点实验室,天津 300071; 2.河北工业大学 材料科学与工程学院,天津 300130)


Low-temperature growth of ITO thin films for application in solar cells
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    摘要:

    氧化铟锡(ITO)同时结合 了可见光范围内高透过率和高电导率等特性,被广泛应 用于Si基薄膜太阳电池中。本文侧重研究了采用反应热蒸发(RTE)技术低温(约160 ℃)生长ITO透明导电薄膜过程中 不同Sn掺杂含量对薄膜微观结构以及光电性能的影响。实验结果表明,随着Sn掺杂含量的增 加,ITO薄 膜微观结构稍有变化,薄膜的电子迁移率呈现先增大后减小的趋势,薄膜的光学带隙一定程 度上呈现展宽 趋势;对于较高的Sn掺杂含量,在低温条件下电离杂质散射和中性杂质散射成为影响电子迁 移率降低的重 要因素。经过薄膜生长优化,较佳的Sn掺杂含量为6.0wt.%,ITO 薄膜电阻率为3.74×10-4 Ω·cm,电子迁移 率为47cm2/Vs,载流子浓度为3.71×10 20 cm-3,且在380~900nm波长范围内的平均透过率约87%。将其应用于结构为SS/Ag/ZnO/nip a-S iGe:H/nip a-Si:H/ITO/Al的n-i-p型a-Si:H/a-SiGe:H叠层太阳电池, 取得的光电转化效率达10.51%(开路电压V oc=1.66V,短路电流密度Jsc =9.31mA /cm2,填充因子FF=0.68) 。

    Abstract:

    Transparent conductive tin-doped indium oxide (In2O3:Sn,ITO) thin f ilms used as anti-reflecting front electrodes in silicon-based thin film solar cells have been prepared by using t he low cost reactive thermal evaporation (RTE) technique at a low growth temperature of ~160℃.The structur al characteristics,optical and electrical properties of the ITO thin films are investigated with changing the Sn doping concentration.It is observed from XRD micro-structural properties tha t these polycrystalline ITO film s change little.Hall mobilities increase continuously from 38cm2/Vs to 47cm2/Vs and then decrease dra matically down to 30.9cm2/Vs for higher Sn-doping concentrations,and the optical band gaps are weakly affected (~4.02eV).The optimized ITO thin film deposited with the 6.0% of Sn-doping mass concentration exhibits a high avera ge transparency (~87%) in the wavelength range of 380-900nm,a low resistivity of 3.74×10-4 Ω cm and a high Hall mobility of 47cm2/Vs. Furthermore,a hydrogenated amorphous silicon and silicon-germanium (a-Si:H/a -SiGe:H) double-junction solar cell fabricated with the optimized ITO front electrodes presents a high convers ion efficiency of 10.51%.

    参考文献
    相似文献
    引证文献
引用本文

杜建,陈新亮,刘彩池,倪牮,侯国付,赵颖,张晓丹.低温生长ITO薄膜及其在太阳电池中的应用[J].光电子激光,2014,(2):286~292

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  • 收稿日期:2013-07-12
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