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摘 要

柔性非晶硅薄膜电池是沉积于塑料或超薄不锈钢基板上的太阳能电池。它具有可卷曲、功率质量比高、轻便等特点，是当前太阳电池研究领域的热点之一。但是，在柔性基板上制备非晶硅的工艺难度大，且溅射上电极易导致电池局部短路与p层非晶硅的界面还存在肖特基能垒上电极ITO质量的好坏直接左右着电池的效率和成品率。

所以摸索柔性非晶硅薄膜太阳能电池的基本制备工艺显得十分重要。本文首先介绍柔性太阳能电池的发展概况，其中重点总结了非晶硅电池的研究进程与制备工艺，重点研究了上电极的制备工艺。然后使用ITO作为非晶硅薄膜太阳能电池的上电极，通过研究溅射功率、压强和掺氧量对ITO薄膜的电学及光学性能的影响，优化了ITO的沉积条件。

关键词：非晶硅薄膜，柔性太阳能电池，上电极ITO

ABSTRACT

Flexible amorphous silicon thin film solar cells, usually deposited on a plastic or ultra-thin stainless steel substrate, have become one of the hotspots in the field of photovoltaics owing to the merits of flexibility, lightness and high power/weight rate. However, the process of depositing amorphous silicon on a flexible substrate is difficult, and the cells will be partial short-circuited and form a bad interface contact when sputtering the front electrode. The quality of the front electrode will significantly influence the cell performance and the rate of final products.

Therefore, exploring the basic process of these cells seems very important. This paper firstly described an overview of the development of flexible solar cells, which focuses on the research progress and the preparation process of amorphous silicon cells, especially the front electrode. Then, ITO was used as the front electrode of amorphous silicon thin film solar cell, and through the experiments on the process parameters like sputtering power, pressure and oxygen content, we investigated their influences on the electrical and optical properties of ITO, and optimized its deposition processes.

Keywords: amorphous silicon thin film, flexible solar cells, ITO electrode

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 太阳能电池概述 1

1.2 柔性薄膜太阳能电池的研究现状 2

1.3 柔性非晶硅薄膜太阳能电池 3

1.3.1 研究概况 3

1.3.2 器件结构 4

1.3.3 核心制备工艺 5

1.4 本论文研究的主要内容及意义 7

第二章 柔性非晶硅电池制备的实验设计 9

2.1 实验设备及材料 9

2.1.1 磁控溅射镀膜系统 9

2.1.2 实验所用的材料 10

2.2 柔性非晶硅薄膜电池制备 11

2.2.1 非晶硅薄膜制备 11

2.2.2 ITO薄膜制备 13

2.2.3 电池器件制备 14

2.3 性能测试 15

2.3.1 光谱吸收性能测试 15

2.3.2 I-V特性测试 16

2.3.3 薄膜厚度监控 18

2.3.4 薄膜方阻测量 19

2.4 本章小结 19

第三章 透明电极制备及其对非晶硅薄膜电池性能的影响 20

3.1 反应条件对透明电极制备的影响 20

3.1.1 功率对ITO薄膜质量的影响 20

3.1.2 压强对ITO薄膜质量的影响 22

3.1.3 不同掺氧量对ITO薄膜质量的影响 24

3.2 透明电极对非晶硅薄膜电池性能的影响 25

3.2.1 高阻层对电池性能的影响 26

3.2.2 ITO溅射功率对电池性能的影响 26

3.3 本章小结 27

第四章 结论与展望 29

4.1 结论 29

4.2 展望 29

参考文献 31

致 谢 36

第一章 绪论

1.1 太阳能电池概述

太阳能作为一种储量丰富的可再生能源长久以来一直受到研究者的关注。相比化石能源和核能，其优势在于，太阳能发电并不存在环境污染、高温散热、温室气体排放以及安全性问题。2012年，光伏产业总产值为1377亿美元，且年增长率保持在40%以上^[1]。

2001年，全世界范围内安装的光伏电池的总发电量为1.3GW，而到了2012年，这个数据增长至38.5GW，并且过去五年以40%的平均增长率迅速增加^[2]。由于地球一天内从太阳获得的能量(10²¹J)远大于全世界人口一年所需能量，太阳能在世界能源供给方面有着巨大的潜力。

目前，光伏市场中80%-90%的电池都是晶硅太阳能电池^[3]。硅是地壳中含量较为丰富的元素，并且具有近乎理想的带隙能量，这有利于最大化单结太阳能电池的效率。从微电子行业发展起来的硅加工技术在单晶硅太阳能电池的生产中起到了至关重要的作用。单晶硅太阳能电池在实验室的光电转换效率已达到25.6%^[3]，而投入生产的硅太阳能电池组件的效率也超过了22.9%^[4]。

然而，由于现在太阳能电池每瓦特的发电成本仍大于传统化石能源的发电成本，只有当光伏发电成本减少2-3倍的时候，相比传统能源才具备市场竞争力。

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