反應(yīng)磁控濺射制備氮化釩及其在晶硅太陽(yáng)能電池上的應(yīng)用.pdf

1、太陽(yáng)能電池是光伏發(fā)電技術(shù)的核心，光電轉(zhuǎn)換效率是表征太陽(yáng)能電池性能的關(guān)鍵參數(shù)。高摻雜濃度的p+層是晶硅太陽(yáng)能電池的基本結(jié)構(gòu)之一，其主要作用是增加電池背面的勢(shì)壘高度，實(shí)現(xiàn)對(duì)載流子空穴的收集。目前p+層一般由背面電極高溫?zé)Y(jié)的擴(kuò)散過(guò)程制得，但難以實(shí)現(xiàn)高摻雜濃度且厚度很薄的重?fù)綄拥闹谱?，這會(huì)限制電池轉(zhuǎn)換效率的提高。本文通過(guò)反應(yīng)磁控濺射法在太陽(yáng)能電池背表面制作一種具有高的功函數(shù)特性的氮化釩(VN)薄膜，以取代摻雜過(guò)程，實(shí)現(xiàn)對(duì)載流子空穴的收集，由電

2、池的開(kāi)路電壓VOC表征氮化釩薄膜的作用效果。
　　本研究工作以釩為靶材，氬氣為濺射氣體，氨氣為反應(yīng)氣體，通過(guò)反應(yīng)磁控濺射法制備了VN。由開(kāi)爾文探針力顯微鏡測(cè)其功函數(shù)大于5.1eV，霍爾效應(yīng)測(cè)試儀測(cè)得薄膜電阻率值主要在1.45×10-3Ω·cm至1.95×10-3Ω·cm范圍，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明VN薄膜是功函數(shù)高、導(dǎo)電性能良好的材料。
　　研究了工藝參數(shù)對(duì)薄膜性能的影響。氨氣流量越大，濺射功率越小時(shí)，薄膜的沉積速率越慢，此時(shí)得到薄膜

3、表面形態(tài)更致密均勻，電阻率也較低。沉積壓強(qiáng)整體上對(duì)薄膜的性能影響不是很大，在壓強(qiáng)為09Pa時(shí)其電阻率相對(duì)較低，表面形貌良好。200℃的加熱退火過(guò)程會(huì)使薄膜向更穩(wěn)定的結(jié)晶態(tài)轉(zhuǎn)變，能夠改善材料的晶體結(jié)構(gòu)。經(jīng)綜合優(yōu)化得到最佳的制備工藝條件為NH3流量40sccm、Ar流量40sccm、沉積壓強(qiáng)0.9Pa、濺射功率200W。
　　以最佳工藝參數(shù)為制備條件，將氮化釩薄膜分別制備在背表面有p層和無(wú)p層的晶體硅太陽(yáng)能電池上。測(cè)得有p層結(jié)構(gòu)樣品的

4、VOC由原來(lái)的340mV增加到472mV，無(wú)p層結(jié)構(gòu)樣品的VOC由原來(lái)的253mV增加到359mV。研究結(jié)果表明VN薄膜的應(yīng)用能夠提高VOC，進(jìn)而提高太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。由于釩價(jià)格低、儲(chǔ)量大，可以降低晶硅太陽(yáng)能電池生產(chǎn)成本，而磁控濺射法的應(yīng)用又能簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝，若將VN薄膜應(yīng)用于晶硅太陽(yáng)能電池具有很大的發(fā)展前景。
　　本論文對(duì)VN薄膜電學(xué)性質(zhì)和微結(jié)構(gòu)的研究結(jié)果，對(duì)其在晶硅太陽(yáng)能電池的應(yīng)用方面的研究具有一定的實(shí)驗(yàn)參考價(jià)值，為改進(jìn)