无电解沉积用于太阳能电池(英文)

研究分为两部分讨论:(1)是利用无电镀与自组装单分子层表面改质技术制备用于染料敏化太阳能电池上具有催化性的铂对电极;(2)是利用无电镀与微米压印法技术制备硅单晶太阳能电池的电极.适当的表面改质技术(Self-assembled monolayers,SAMs)成功地开发出一低温湿式制程,可制备出具有高度选择性的铂对电极用于透明导电玻璃面上.通过原子力显微镜分析,发现3-(2-Aminoethylamino)propylmethyl-dimethoxysilane(Me-EDA-Si)可成功的改质于透明导电玻璃上,同时利用高解析电子能谱仪来分析每一步骤的改质,证明钯触媒可成功的接于导电玻璃上以催化铂无电镀反应的进行,因而发现经无电镀沉积的薄膜呈现粗糙的表面而提高了铂触媒的活性表面积.因此利用无电镀所制备的铂对电极所组装而成的染料敏化太阳能电池具有较利用溅镀法所制备的铂对电极所组成之电池有较高的效率.为开发制备双层结构(无电镀Ni3P/电镀铜)的电极于硅单晶太阳能电池上作为收集太阳能电池所产生的电子.结合了无电镀与微米压印法来制备无电镀镍金属为导电层以取代传统的银浆.其优点在于利用无电镀镍作为导电层可降低与硅基材之间的接触电阻(NiP为10-4Ω.cm2,银为10-3Ω.cm2),更可大幅的降低线宽(小于40μm).另微米压印法不只能提升电池之效率更可提高模块之功率.在无抗反射层的相同条件下,利用无电镀与微米压印法所制备之电池其效率可高于传统利用银浆所制备之太阳能电池约1%左右的效率.     

光刻技术与电化学相结合的叉指微电极制备工艺研究

将光刻技术与电化学技术相结合,以AM175型光敏胶为光刻材料,以氧化铟锡(ITO)导电玻璃为基底,摸索与控制实验条件,优化光刻过程的工艺实验参数,实现了共平面的20~200μm的叉指微电极制备.优化的关键工艺参数为365nm的紫外光曝光时间2s,超声清洗7s,碱液Na2CO3浓度为1.5%.以6mol/L HCl溶液为腐蚀液,-2.5V的恒电位法腐蚀裸露ITO40s.采用原子力显微镜(AFM)测定微电极的导电层厚度约为160nm,表面粗糙度~2.5nm.该制备方法操作简单快速、腐蚀效果好、侧蚀程度小等优点.     

FTO玻璃基底上直接制备ZnO介孔纳米片及表征

以Zn(NO3)2.6H2O和(NH2)2CO为源物质,通过水热法以及退火工艺,在F:SnO2(FTO)导电玻璃表面制备了ZnO介孔纳米片薄膜.XRD表征结果表明,经由水热法直接生长在导电玻璃表面的薄膜为Zn(CO3)x(OH)y.nH2O,属于底心单斜晶体结构;经过退火以后,Zn(CO3)x(OH)y.nH2O转变成六角纤锌矿结构ZnO.能谱测量结果也佐证了这一点.扫描电子显微镜(SEM)图像表明,退火后得到的ZnO薄膜为垂直于导电玻璃表面的纳米片结构,纳米片表面密布着纳米尺度的孔洞.在FTO导电玻璃表面直接制备的ZnO介孔纳米片结构可望提高染敏电池光伏性能,是一种有潜力的工作电极结构材料.     

不同衬底对NiO薄膜结构和光透过性能的影响

采用溶胶-凝胶旋涂法分别以玻璃和ITO为衬底,制备出具有较高光透过性能的NiO薄膜.进而利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、薄膜测厚仪和紫外-可见分光光度计(UV-VIS)分别表征了NiO薄膜的晶粒结构、表面形貌、薄膜厚度及光透过性能,并计算了薄膜的光学带隙值.结果表明:不同的衬底对NiO薄膜的结构和光透过性能具有一定的影响;在玻璃衬底上制备的NiO薄膜晶粒尺寸大小均一且沿NiO(200)择优生长,而在ITO衬底上制备的NiO薄膜晶粒尺寸较小且薄膜厚度较薄.两者在可见光范围内的平均透过率均达到80%左右,但在ITO衬底上制备的NiO薄膜在500nm左右有明显的吸收现象.并且在玻璃衬底上制备的NiO薄膜光学带隙值达到3.95eV.     

α-Fe_2O_3/ZnFe_2O_4复合薄膜光生电荷分离与光电性质研究

采用溶胶-凝胶法分别制备出α-Fe_2O_3和Zn Fe2O_4两种胶体,在ITO透明导电玻璃上制备成不同厚度配比的α-Fe_2O_3/ZnFe_2O_4异质结.XRD检测结果表明,复合薄膜两种组分都达到了良好的结晶状态;而且,各复合薄膜体系都呈现出了异质结复合结构的光吸收特性,但光吸收性质差异不明显.稳态表面光电压谱测试结果表明,两组分的厚度分别在1.3μm(α-Fe_2O_3)和1.8μm(ZnFe_2O_4)时达到最佳光伏响应强度.在正的外电场诱导下,组分厚度分别为1.3μm(α-Fe_2O_3)和1.8μm(Zn Fe_2O_4)的复合薄膜具有更为优越的光伏响应特性.     

不同放射源在同位素电池换能单元肖特基结金属中的能量沉积

辐射伏特效应同位素微电池具有体积小、能量密度高、寿命长、安全稳定等优点,逐渐成为微能源研究的重要方向。采用基于蒙特卡罗数值计算法的Geant 4软件,对基于宽禁带半导体金刚石/金属肖特基结的辐伏电池换能单元中使用不同放射源在不同肖特基金属内的能量沉积进行了模拟计算,结果表明,Ni-63,H-3,Pm-147放射源对应Cu,Au,Ni肖特基金属,不同β辐射源通过金属的能量损失主体方式不同,Ni-63放射源以能量反散射和金属内能量沉积两种主体形式损失能量,而H-3放射源和Pm-147放射源主要以反散射形式损失能量,入射能量在金属层内的能量沉积占比很小。要使反射和沉积的能量低于设定的阈值(10%),相应的金属厚度要求各有不同:对于Ni-63源,对应金属Cu,Au,Ni最大厚度分别为30,20,30 nm;对于H-3源,3种金属Cu,Au,Ni临界厚度均为100 nm;对于Pm-147源,对应的厚度分别为20,10,10 nm。计算结果可为金刚石/金属肖特基结同位素电池换能单元中金属层的优化设计提供理论参考。     

成膜工艺对sol-gel电致变色WO3薄膜的影响

以钨粉过氧化聚钨酸法配制溶胶,采用脉冲电泳沉积和浸渍提拉两种工艺在ITO导电玻璃基底上制备电致变色WO3薄膜,研究溶胶-凝胶成膜工艺对WO3薄膜微观结构、光学性能和电化学性能的影响.结果表明,两种成膜工艺制备的WO3薄膜均呈非晶态,薄膜厚度相近,约为252 nm.与浸渍提拉法相比,脉冲电泳沉积制备的薄膜具有更大的光学调...     

薄膜太阳能电池前背电极制备工艺的研究

通过高温工艺或退火工艺均能在合适的条件下获得性能良好的ITO透明导电薄膜,但通过扫描电镜(SEM) 发现这两种制备方式所得样品具有很大的表面形貌差异.在薄膜电池前电极的制备过程中为了增强其陷光作用应采用直接制备的方法,而为了增强Al背电极的光反射作用,背部的透明导电膜应采用在合适温度下的退火工艺.     

射频磁控溅射工艺参数对掺钨氧化铟锡透明导电薄膜性能的影响

ITO薄膜是目前应用最为广泛的透明导电薄膜,通过在ITO中掺杂其他金属可以进一步改善ITO薄膜的光学和电学性能。本文采用射频(RF)磁控溅射法制备了掺钨氧化铟锡(ITO∶W)透明导电薄膜,研究了薄膜厚度、表面形貌、晶体结构以及光学和电学性能与各溅射参数之间的关系。当溅射功率大于40 W时,制备的ITO∶W薄膜为方铁锰矿结构的多晶薄膜,此时薄膜表面光滑平整而且具有良好的结晶性。在基板温度320℃、溅射功率80 W、溅射时间15 min、工作气压0.6 Pa条件下得到了光学和电学性能优良的ITO∶W薄膜,其方块电阻为10.5Ω/、电阻率为4.41×10^-4Ω·cm,对应的载流子浓度为2.23×10²⁰ cm^-3、迁移率为27.3 cm²·V^-1·s^-1、可见光(400～700 nm)范围内平均透射率为90.97%。此外,本研究还发现通过调节基板温度影响氧元素的状态可以改变ITO∶W薄膜的电学性能。     

氧化铟锡TCO薄膜的制备及其结晶性能研究

以掺锡氧化铟陶瓷靶材作为溅射源,采用磁控溅射技术在玻璃衬底上制备了氧化铟锡(ITO)透明导电薄膜,通过X-射线衍射仪(XRD)和X-射线光电子能谱仪(XPS)测试表征,研究了生长温度对薄膜结晶性质和微结构性能的影响.结果表明:所沉积的ITO薄膜均具有体心立方的多晶结构,其生长特性和微结构性能明显受到生长温度的影响.生长温度升高时,薄膜(222)晶面的织构系数T_(C(222))和晶粒尺寸先增后减,而晶格应变和位错密度则先减后增.当生长温度为500 K时,ITO样品的织构系数T_(C(222))最高(1.5097)、晶粒尺寸最大(52.8 nm)、晶格应变最低(1.226×10~(-3))、位错密度最小(3.409×10~(14)m~(-2)),具有最佳的(222)晶面择优取向性和微结构性能.     

基于NiO空穴传输层的CH_3NH_3PbI_3钙钛矿太阳能电池的光伏特性

从2009年至今,基于卤族元素的有机-无机杂化钙钛矿薄膜太阳能电池由于简单的制备工艺和优良的光电转化效率,成为有望替代传统硅基太阳能电池的一种新型太阳能电池,由于其通常采用价格昂贵的有机空穴/电子传输层材料,所以虽然可获得较高的光电转化效率,但生产成本较高.本文选用价格低廉性质稳定的NiO为空穴传输层材料,利用旋涂热解法在导电ITO玻璃上制备平整致密的NiO薄膜,然后采用两步溶液法,在其上制备平均粒径约为150 nm的CH_3NH_3PbI_3吸光层,最后组装成ITO/NiO/CH_3NH_3PbI_3/PCBM/Ag平面倒置异质结型电池单元.本文对比研究了不同退火温度制备NiO薄膜的表面形貌和晶体结构,以及制备的电池单元的光伏性能.本文对比实验结果表明, 500°C退火处理的NiO薄膜最平整致密,以其为空穴传输层的未封装电池单元在大气环境中进行模拟太阳光辐照测试,可获得7.63%的光电转化效率和1 V的开路电压,优于类似条件下制备的以NiO为空穴传输层的有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池.     

SnO_2透明导电膜的电学与光学特性研究

本文对用气态蒸发法制备的S_nO_2薄膜进行了基本物理特性的研究。试样薄膜的厚度为5000,利用霍耳效应测定其载流子浓度为4.99×10~(20)cm~(-3),霍耳迁移率为4.26cm~2V~(-1)S~(-1),导电类型为n型,用二探针法测定其电阻率为2.9×10~(-3)Ω·cm.光学测定其透过率T(λ=0.589μm)可达85%以上。由基本特性判定出支配S_nO_2薄膜电导特性的主要因素是载流子浓度,同时说明它可以用作电视技术中的透明电极材料,也可与其它半导体材料形成异质结制作太阳能电池。     

硅基微型同位素电池的电输出理论模型及仿真

通过辐射伏特效应,研究硅基P-N结微型同位素电池的电输出理论模型.根据该模型,用Matlab编写程序模拟尺寸为1 mm×1 mm的硅基微型同位素电池在3.7×107Bq63Ni放射源照射下的电输出,并用该模型仿真硅基微电池的短路电流Isc、开路电压Voc和最大输出功率Pmax与掺杂浓度的关系.仿真结果表明,开路电压随着掺杂浓度的增加而增大,而短路电流则随着掺杂浓度的增大而减小.同时,获得了电池具有最大输出功率密度时的最优化掺杂浓度参数,最大输出功率的P区、N区最优化掺杂浓度值各为1×1020cm-3和1×1015cm-3.     

一种用于BIPV的半透明非晶硅薄膜太阳能电池的研究

利用一种半透明非晶硅薄膜太阳能电池采用高导电性能的透明银(Ag)薄膜和TCO薄膜组成透明的背电极代替了普通的不透明铝背电极,通过ZnO/TiO_2薄膜组成复合增透膜提升入射光能,弥补透明背电极的背反射减弱问题。实验采用磁控溅射法制备厚度为10~15 nm的银薄膜与200~300 nm厚度AZO薄膜为透明背电极,采用厚度为65 nm的ZnO薄膜和50 nm的TiO_2薄膜为增透膜,制备的电池样品平均输出功率为39.76 W,透光率为20.17%,对比相同电池工艺的传统半透明非晶硅薄膜太阳能电池组件,有效地减少了光损失,提高了电导率。     

氧分压对NiO薄膜特性的影响

采用JGP-300型超高真空磁控溅射镀膜机在蓝宝石衬底上制备了Ni O薄膜。通过X射线衍射(XRD)仪、原子力显微镜(AFM)、紫外-可见分光光度计(UV-VIS)、霍尔(Hall)测试,研究了氧分压对Ni O薄膜晶体结构、表面形貌、光学特性和电学特性的影响。研究结果表明:Ni O薄膜具有单一的(111)衍射峰。当氧分压为60%时,Ni O薄膜具有较好的结晶性能。随着氧分压的升高,Ni O薄膜表面逐渐变光滑。由(αhν)2-hν曲线得到Ni O薄膜的禁带宽度为3. 60～3. 77 e V。所有Ni O薄膜都具有良好的p型导电特性,空穴载流子浓度为5. 45×10~(17)～2. 16×10~(19)cm~(-3)。     

高机械灵敏度悬空导电薄膜的制备方法研究

微机电系统中的悬空薄膜的制备技术是微结构制备的关键技术之一.研究了周边固支方形薄膜的机械灵敏度及通过浓硼扩散自停止腐蚀法制备高灵敏度悬空导电薄膜.实验结果表明,当扩散温度为1 175℃,扩散时间为3h,去除硼硅玻璃后四甲基氢氧化铵(TMAH)腐蚀液中腐蚀7.5h,可得到厚度为3μm,边长为5 mm,方块电阻为1.12 Ω/sq,致密均匀的悬空导电薄膜.给出了详细的制备工艺;针对扩散过程中出现的硼硅玻璃等问题,给出了切实可行的解决办法.     

脉冲偏压占空比对磁控溅射制备ITO薄膜光电性能的影响

作为应用最为广泛的ITO透明导电薄膜一直是材料和电子领域研究的热点之一。实验利用磁控溅射方法制备了不同脉冲偏压占空比的ITO薄膜。采用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、紫外-可见光分光光度计和霍尔效应测量仪分别对薄膜的微观结构、表面形貌和光电特性进行了测试分析。结果表明:占空比变化对ITO薄膜性能有着显著的影响。薄膜存在(211)(222)和(440)三个衍射峰,择优取向随着占空比的改变而改变,而且不同的占空比导致薄膜的晶粒尺寸发生了明显的变化。另外,随着占空比增加,薄膜的透过率和电阻率呈现非线性变化的趋势,薄膜在560纳米波段有97%的高透过率。当占空比为20%时,薄膜具有最低电阻率(2.70×10~(-4)Ω·cm)和最高可见光平均透过率(89.58%),此时薄膜的光电性能相对最佳。     

沉积电位对ZnO薄膜结构及光电性能的影响

以硝酸锌溶液为电解液,采用电化学沉积方法,在导电玻璃(ITO)上制备ZnO薄膜.使用X射线衍射仪、扫描电子显微镜对制备的ZnO薄膜结构和形貌进行表征,并研究薄膜的光电性能.结果表明,通过该方法制备的ZnO具有标准的六方纤锌矿纳米柱状结构,沉积电位为-0.75、-0.80、-0.85 V时,制备的ZnO纳米柱的直径分别为250、400、500 nm,禁带宽度分别为3.12、3.27、3.29 eV,光电流密度分别为1.18、1.07、0.89μA.cm-2.     

沉积电位对ZnO薄膜结构及光电性能的影响

以硝酸锌溶液为电解液,采用电化学沉积方法,在导电玻璃(ITO)上制备ZnO薄膜.使用X射线衍射仪、扫描电子显微镜对制备的ZnO薄膜结构和形貌进行表征,并研究薄膜的光电性能.结果表明,通过该方法制备的ZnO具有标准的六方纤锌矿纳米柱状结构,沉积电位为-0.75、-0.80、-0.85 V时,制备的ZnO纳米柱的直径分别为250、400、500 nm,禁带宽度分别为3.12、3.27、3.29 eV,光电流密度分别为1.18、1.07、0.89μA.cm-2.     

离子辅助反应蒸发技术室温制备ITO薄膜

室温下利用离子辅助反应蒸发法在玻璃衬底上制备高透射比、低电阻率的ITO透明导电薄膜. 实验结果表明离子辅助蒸发可以有效地降低制备温度,提高薄膜的光电特性,薄膜具有明显的(222)择优取向,晶体粒子尺寸约为21 nm;离子源屏压、通氧量及沉积速率是影响薄膜光电特性的主要因素. 室温制备的ITO薄膜电阻率为2.4×10-3 Ω·cm,可见光平均透射比大于82%.