光电薄膜的制备及其光电性质的研究(5)
时间:2017-02-16 17:01 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
相比传统的硅基太阳能电池，有机薄膜太阳能电池以其潜在的低成本、高效率、环境友好、稳定性高的优点，成为最有希望实现民用化光伏的产业，目前的转换效率突破了9%，发展趋势被业界一致看好。 1.5光电薄膜的工作原理介绍 典型的太阳能电池本质上是一个半导体二极管，它利用光生伏特效应将太阳辐射能转换为电能。当电池的表面受到光照时，由于减反射膜的作用，入射光线小部分被反射，大部分进入光吸收层。当太阳光照射到半导体二极管PN结上并被吸收时, 其能量大于半导体材料禁带宽度Eg的光子能把价带中的电子激发到导带上去，同时价带中留下带正电的空穴，即形成了电子-空穴对, 通常称其为光生载流子。太阳能电池的PN结处生成一个由N区指向P区的内电场称为内建电场。光生载流子在内建电场的作用下迅速分离, 电子被转移到电池的N型一侧, 空穴被转移到电池的P型一侧，从而在二极管的两侧分别形成了正负电荷积累，从而产生了光生电压，这就是所谓的光伏效应。若在PN结两侧引出电极并接上负载，则负载中就有光生电流通过，太阳光不断的照射，这个电流就不断的产生，即得到可利用的电能，典型的太阳能电池就是根据这个基本原理工作的。由于太阳能电池的基本原理是基于半导体异质结或金属半导体界面附近的光伏效应，所以又称太阳能电池为光伏电池。 有机太阳能电池利用的也是光伏效应，其基本光电转换过程是这样的：光照射到有机光伏器件后，一定波长的光子被有机半导体层吸收；入射光子激发而形成的电子和空穴以中性激子的形式存在；如果在电场或在界面处，这些电子--空穴对就会分离成电子和空穴，即带电载流子；电子和空穴被不同的电极收集。 图1 硅基太阳电池的工作原理示意图 第二章 光电薄膜的制备 2.1薄膜技术的介绍 薄膜技术涉及的范围很广，是薄膜的制备、表征、评价等各种技术的总称，其研究发展可以追溯到17世纪，建立在真空技术的基础上的现代薄膜技术称为真空镀膜技术。薄膜的制备方法很多，如气相生长法、液相生长法、氧化法、扩散法、电镀法等等。其中，气相生长法是目前最为广泛使用的薄膜制备方法，它利用可凝结的原子或分子气相源来实现薄膜的沉积。根据气相源的不同，气相沉积又可分为物理气相沉积和化学气相沉积，物理气相沉积法以物理过程方式实现薄膜的沉积，包括溅射、蒸发、离子束沉积等制膜技术。随着薄膜制备技术的不断发展，薄膜材料的评价表征技术也层出不穷，包括各式各样的光谱技术、能谱技术、显微技术，以及各种电学、磁学、光学、力学等特性的评价表征技术。目前，薄膜技术本身已发展成为一门涉及物理学、化学、材料学等多学科交叉领域。 2.1.1溅射镀膜 1852年，人类首次观察到了溅射现象。20世纪60年代以来，随着半导体工业的迅速崛起，溅射技术获得了广泛的应用。溅射镀膜技术以其独特的沉积原理和特点，在短短数十年内便得以迅速发展，工艺技术日益完善，并进一步发展了一系列新的溅射技术，以溅射技术制备的各种新型材料也层出不穷。 对于溅射现象的物理机理，动量传递理论较为充分的解释了其原理，即采用一种轰击离子，把动量直接传递给靶材原子的机理。迄今收集的大量数据，其中包括溅射系数（溅射原予数与轰击离子数之比）和单晶靶材逸出原子的角动量分布数据，都能证实这一理论的可靠性。 与其它镀膜方法相比，溅射具有其明显的特点：任何可制成靶材的材料均可实现溅射，这一优点非常适合难熔金属材料的薄膜沉积；溅射沉积的薄膜与衬底结合较好；溅射沉积的薄膜纯度高、均匀性好且厚度可控；溅射工艺的可重复性好，并可实现大面积生长；溅射的缺点是，对于某些特殊材料存在制靶的困难，同时在溅射过程中由于离子对衬底的轰击会产生一定的温升。 (责任编辑：qin) |