磁控溅射制备TCO薄膜及其在SHJ太阳电池的应用-石建华

磁控溅射制备ITO、IWO、SCOT、SRE薄膜 及其在SHJ太阳电池的应用 石建华1，黄围,2，刘奕阳1,2，孟凡英1,2，刘正新1,2 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 中国科学院大学 I.SHJ太阳电池研究背景I. 高效 太阳电池用TCO薄膜研究进展I.TO\IW\SCO\SRE 光电性能研究及应用IV. 小结 内容 2/17 特点：完美全面积非晶薄膜钝化-高开压（Voc）双对称结构及低温工艺-超柔性面受光-发电效率增益过15%N型晶体硅衬底-无PID\L 量产推广初期-设备/辅材价格昂贵、经验缺乏3/17 SHJ太阳电池研究背景ilcon hetrojuncti solar cel(SHJ) SHJ基本结构 4/17198051905205201520250321461820 24628302 27.%SHJ+IBCEficeny (%) YearPerovskit/SHJ tandem26.KANOxford PV？SHJ太阳电池研究背景叠层转化效率超过%指日可待！ 5/17 高效SHJ太阳电池用TCO薄膜研究进展501502502406810 T&RA (%)Wavelnth (m) TRAFCB透明导氧化物()作：1、载流子收集传输-导性好2光管理-反射、寄生吸收小 Normalized bsrption TCO1 eqN  120 22 ( )    ep e mc NqConductivy() 1/eFre are bsorptin(FCA) e矛盾！高迁移率TCO材料成为首选 TCOariednsity(/cm-3)Resitviy(Ωcm)Mobilty(c2/Vs)Depositn mhdNoteAZ/G102~14x10-~-35~0SP 低成本IT 14 常规IO1x09~3x124x10-~-380~5 高迁移率H7841SP高迁移率IWx6x3x-7- 高迁移率MO102~31021~605-0高迁移率ITix8xx-4-2~7SP 高迁移率SC 8-1高迁移率RE210~3201-~50-0 高迁移率Ref: Adv.Electron. Mater. 2017,6529piPhysixps8 (01)SuldiA8 6/17 高效SHJ太阳电池用TCO薄膜研究进展 国产化低成本载流子浓度、高迁移率TCO材料成为高效SHJ太阳电池研究重点 7/1 ITO\IW\SCOT\SRE光电性能 靶材 成分比例 沉积气压 功率 衬底温度 O2/ArITO90 ：10.4Pa~120WRT~0.8%5：I8 ：2. .O10： 04Pa~120RT~08IW9 ： .W.%SCT/RE0.4Pa~120RT~0.8 实验设计参数 磁控溅射系统 磁控溅射系统自行设计，具有以下几个特点：1、场强度可调，2、力线分部可调3、样品与磁力线夹角可调（与上海福宜真空备限公司产学研结合） 8/17501502501 23405678091Transmitce (%)Wavelngth (m) 1：08295：S:IO3 40680124016.0.5152.0Extinco eficnt (k)Wavelngth (m) 10：9825： S easurnt020.4.60.8.12.x146.08x12.1.4x2 SnO/I302460814 N .x-.-.x-.-.-3 SnO2含量对Sn:I2O3(IT)光电性能的影响IT\IW\CT\RE样品空气环境下℃退火30in1、Sn掺杂增大，载流子浓度增大，透过率降近红外自由吸收升高2零时迁移率超120且随Sn掺迅速减小3电阻 9/170246810.5.0x12. 1.5x025x1023. 20.4.60.81.Efectiv doping (%) 理论值实际Carie dnsity (/cm) cSn(at%)Vo 有效掺杂率ITO\IW\SCOT\SRE光电性能 [Sn ] 2[ ]  e In ON V 22[Sn ]=3.0x10 xC e In snN  2 i 2 32In +2SnO 2Sn O+InOIn InApl. Phys. 27, 19-06 (82) 有效掺杂特性 HYSICLREVIWB,57 01掺杂比为5%时，有效掺杂率最高，接近90% 10/7 ITO\IW\SCOT\SRE光电性能\\\比较 ITOIWSCOTRE1.50x234.60x123.5-4.x10-623486 0IIWCOTSRE 种类 carie dnsity resitvy mobilty 406801201460.81.2.461.820.4.6Wavelngh (m) SCOTREIRefractiv ndex ()40680120146010.2.35 SCOTREIExtinco eficnt (k)Wavelngh (m)SE拟合拟合SC迁移率80cm2/V.s，IWO折射率（n）最大、薄膜致密性最优 1/7204068010-.x15.406.x158 .2061.4xCountsBindg ery (V)InOITO\IW\SCOT\SRE光电性能XP测试4045045601x52034x15067x15In 3d/2CountsBindg ery (V) SRECOTIWIn 3d5/25268530253465384.0x18.x15.24.6x158Intersial OCountsBingd ery (V)ITWSCRE-M掺杂源影响In成键方式和间隙O的浓度PHYSICAL REVW B81, 65207 1 12/7 ITO\IW\SCOT\SRE光电性能电池输出特性TCOJscVocFEfRsNeI34.80.71264.816.0.0165.82E+02.9E-04IWO7.15.871.29.5.47. .SCT38.40.7395.41.30.12.3E+03.27E-04 RE.6.41267.3997.485.1.ITO载流子浓度大，FCA寄生吸收严重，Jsc小2串联电阻与TO薄膜电阻呈非线性相关可以与界面状态有关3.I和IW池的Voc小与其功函数/ 13/71E-09-81E7-651E-43 1E25812c-Si(n)a-i:H() Charge cir dnity (cm-3)Posit (m) 4.7eV5Si:(p)TORefITO\IW\SCOT\SRE光电性能 Apl. Phys. Let. 102, 81 (203) 功函数匹配及界面缺陷层 功函数失配形成的肖特基势垒会严重阻碍载流子的传输，而界面缺陷层导致严重的复合 14/7 小结1.SP技术可制备高迁移率、低电阻TCO薄膜材料2.ITO薄膜中，Sn有效掺杂与源浓度有关3.In3基的TCO种类影响生长方式、结晶成键类型4.C/非晶硅界面状态决定SHJ太阳池转化效率5.应用于高SHJ太阳电池的TCO薄膜需要进一步注薄膜制备方法特别是初期成膜方式对 感谢聆听！ 17/中国科学院上海微系统与信息技术研究所新能源中心