背电极ZnO:Al薄膜与n-a-Si:H膜接触特性的研究

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)河南教育学院物理与电子工程学院 作者:吴芳

  本文分别采用电子束蒸发和磁控溅射的方法在n 型掺杂(n-Si:H)膜上沉积了不同掺杂量和不同厚度的掺Al 的ZnO(ZnO:Al)薄膜。通过I-V 测试仪测试了两种方法制备的ZnO:Al 薄膜与n-Si:H膜的接触特性,结果显示对于电子束蒸发制备的ZnO:Al 薄膜,当掺杂浓度为2.5%时n-a-Si:H/ZnO:Al的接触电阻最小,在厚度变化不大的情况下,n-a-Si:H/ZnO:Al 的接触电阻随着ZnO:Al 厚度的增加而增大。而磁控溅射制备的ZnO:Al 薄膜,n-a-Si:H/ZnO:Al 的接触电阻随着厚度的增加而不断减小。

  半导体材料的薄膜化可以大幅度降低太阳能电池的成本,所以薄膜太阳能电池的研究已经成为下一代光伏研究的热点。要提高硅薄膜太阳能电池的效率,背反射电极(ZnO:Al)的加入至关重要。硅薄膜太阳能电池的短路电流是由光的透射、反射和载流子的复合所决定。背反射电极n/TCO/Al 的加入,使透过电池到达背电极的那部分再反射回来,进行二次吸收,这样可以增加I层的光吸收从而提高电池效率。提高短路电流是背反射电极的主要作用。

  然而,对于pin 硅薄膜太阳能电池来讲,在背反射电极n/TCO/Al 的制备时,要在n+ 层上溅射ZnO:Al 透明导电膜,由于溅射粒子能量很大,它对电池的轰击比较严重,所以ZnO:Al 的溅射功率不能太大;要提高电池的转换效率,就要尽量减小串联电阻值,背电极和n+之间必须形成良好的欧姆接触,尽量减少对载流子的阻挡作用。因此,为提高电池效率很有必要深入研究TCO/n 界面的接触效应。

  本文采用PECVD法在ZnO:Al 薄膜上沉积了n-a-Si:H 薄膜,接着分别用电子束蒸发和磁控溅射法在n-a-Si:H 薄膜上制备ZnO:Al 薄膜,并对ZnO:Al 薄膜与n-a-Si:H 薄膜的电接触特性进行了研究,从而找到ZnO:Al薄膜的最优化条件。

  1、实验方法和设计

  用PECVD 法[9-10]在ZnO:Al 导电玻璃上沉积n-a-Si:H 薄膜,沉积条件为:电极间距(d=2 cm),硅烷含量(SiH4%=2%),硼烷含量(PH3%=0.8%),沉积温度(T=250 ℃),气体总流量(TF=187.4 sccm),反应气压(P=133.3 Pa),沉积功率(Prf=50 W)。然后再在n-a-Si:H 薄膜上沉积ZnO:Al 薄膜,用两种方法(1)电子束蒸发的沉积条件为:温度:200 ℃,氧分压:1×10-2 Pa,束流:40 mA,不同的掺杂量(Al2O3:ZnO)分别为2%、2.5%和3%,保持掺杂量为2.5%时,改变沉积时间分别为10 min、15 min、20 min、25 min 和30 min。(2)磁控溅射反应条件为:温度:200 ℃,氧流量:5.06 sccm,氩流量:18.6 sccm,溅射电流:1 A。不同厚度的反应时间分别为:4 min、8 min 和10 min。最后在样品上蒸镀铝电极,对其进行I-V 测试。

  样品的接触特性用I-V 测试仪进行了测量和分析,所用的仪器为美国吉时利公司生产的2182A 纳伏表和2400恒流源。样品的晶化率用Raman 谱进行了测量和分析, 所用的仪器为Renishaw 2000。

  3、结论

  对于电子束蒸发制备的ZnO:Al 薄膜,掺杂浓度存在一拐点,当掺杂浓度为2.5%时,n-a-Si:H/ZnO:Al 的接触电阻最小,这是因为在掺杂浓度为2.5%时ZnO:Al 薄膜的电阻率最小;而保持掺杂浓度为2.5%时,n-a-Si:H/ZnO:Al 的接触电阻随着ZnO:Al 厚度的增加而不断增大,分析认为,厚度变化不大时,薄膜的性能基本相同(电阻率和结晶度差别不大),但体电阻随着厚度的增加而增加。

  对于磁控溅射制备的ZnO:Al 薄膜,n-a-Si:H/ZnO:Al 的接触电阻随着厚度的增加而不断减小,因为对于磁控溅射制备的ZnO:Al 薄膜来说,随着ZnO:Al 厚度的增加,ZnO:Al 薄膜的电阻率不断减小,结晶度也不断变好。

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