溶胶-凝胶法制备Ag掺杂ZnO薄膜及其在薄膜太阳能电池中的应用
毕业论文关键词 银掺杂氧化锌薄膜 溶胶-凝胶法 光电性能 太阳电池 Title Characteraction of Ag-doped ZnO thin film synthesizedby sol-gel method and its application in thin film solar cellsAbstractIn this paper, I used sol-gel method to prepare Ag-doped ZnO thin filmswith good electrical and optical properties. To study the relationshipbetween Ag doping density of ZnO thin films and its photoelectricproperties (resistivity ,transmittance ,photoluminescence spectra), Itook advantage of AFM, ultraviolet visible spectrophotometer,fluorescence spectrophotometer, electrochemical workstation andultraviolet high pressure mercury lamp to test the samples. The study builtup the foundation of applications of ZnO thin film in solar cells. Accordingto the rigorous coupled-wave theory, I built the simulation model of a-Sisolar cells and calculated the parameters of that model when Ag doped ZnOthin film act as the window layer. Compare to pure ZnO, 4% Ag-doped ZnOthin film can greatly improve the absorption of the cells. Energyconversion efficiency improvement of 2.47% is obtained with 4% Ag dopedZnO thin film. The result indicated that Ag doped ZnO thin film retainshigh conductivity and high transmittance simultaneously, which is one ofthe optimal options of the material of solar cells’ window layer.
Keywords Ag-doped ZnO thin film Sol-gel method Photoelectricproperty Solar cell
目 次
1 绪论 5
1.1 引言 5
1.2 太阳电池的工作原理与模型5
1.3 ZnO 薄膜在太阳电池中的应用 10
1.4 薄膜的制备方法与表征方法 10
2 本文主要研究内容 15
2.1 溶胶凝胶法制备 Ag 掺杂 ZnO 薄膜 15
2.2 实验结果检测与分析 16
2.3 太阳电池软件仿真21
结论 24
致谢 25
参考文献 27
1 绪论1.1 引言氧化锌(ZnO)是一种宽禁带Ⅱ一Ⅵ族直接带隙半导体材料，具有六角形纤锌矿结构，晶格常数 a=0.325 nm，c=0.52 nm，室温下禁带宽度为 3.37eV、激子束缚能为60 meV。ZnO 作为一种新型功能材料，具有优异的光学、电学、化学和热学稳定性，广泛用于制造透明导电薄膜，应用于压电转换、光电显示、太阳能电池材料及电子器件等方面[1]。从20 世纪 80 年代起，透明导电ZnO 薄膜开始广泛应用于 TCO 薄膜。同目前已经商品化的 ITO 薄膜相比，ZnO-TCO 薄膜的光电性能较 ITO 更为优越，且具有原材料丰富，成本低廉，无污染，较 ITO 更易蚀刻等优点。因为纯的ZnO易吸附空气中的氧而不稳定，影响电导率和表面形貌，有研究者提出通过掺杂可以抑止这些变化使ZnO材料变得稳定， 同时可以增强ZnO的某些性能，改变其光电性质。例如掺Al，Ga，B可提高薄膜的电导率而不影响其透光率；掺Mg可调节其禁带宽度；源]自=优尔-^论-文"网·www.youerw.com/ 掺Ag可在替代Zn作为施主，并提高其光学性能。 例如孙汪典等研究发现ZnO 薄膜掺入Ag之后, 增强了薄膜的光吸收能力, 而且使薄膜的紫外线吸收边出现了红移[2]。ZnO 薄膜的制备方法包括溅射法、气相沉积法、喷雾热分解法以及溶胶- 凝胶法等. 不同的制备工艺对ZnO 薄膜微观结构和性能都有很大影响. 探索无污染、低成本、高质量ZnO 薄膜的制备方法是目前研究的重点. 溶胶- 凝胶法有以下优点: 所得薄膜中颗粒分散性好, 粒径小且尺寸分布窄, 颗粒形状多为球形和椭球形且生长温度低, 易实现元素掺杂, 薄膜成分易控制, 设备价格低廉,适于大面积制膜等[3]。