本文關(guān)鍵詞：納米薄膜光學(xué)常數(shù)的研究和高效率銅銦鎵硒薄膜光伏器件的制備

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【摘要】：二十世紀(jì)以來(lái)薄膜技術(shù)的發(fā)展帶來(lái)諸多技術(shù)領(lǐng)域的突飛猛進(jìn),如電子半導(dǎo)體工藝、磁存儲(chǔ)技術(shù)、光學(xué)涂層、發(fā)光二極管、薄膜光伏技術(shù)等等。其中薄膜技術(shù)的一項(xiàng)主要應(yīng)用在光學(xué)領(lǐng)域,而光學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用離不開(kāi)對(duì)薄膜光學(xué)常數(shù)的了解,當(dāng)薄膜厚度處于納米量級(jí)時(shí),其光學(xué)常數(shù)會(huì)展現(xiàn)出不同于常規(guī)體材料的光學(xué)性質(zhì),正是這些獨(dú)特的光學(xué)、電磁學(xué)特性使其在現(xiàn)代光電子工業(yè)領(lǐng)域占有重要地位,對(duì)納米薄膜光學(xué)常數(shù)的研究不僅有助于我們提高薄膜生長(zhǎng)的質(zhì)量,也有助于我們進(jìn)一步挖掘薄膜的應(yīng)用潛力�；诖�,在本論文的前半部分我們?cè)跈E偏法的基礎(chǔ)上發(fā)展出橢偏光度迭代法用于精確測(cè)定不同材料納米薄膜的光學(xué)常數(shù)并研究光學(xué)常數(shù)與厚度或溫度之間的關(guān)系。薄膜技術(shù)的另一項(xiàng)重要應(yīng)用在太陽(yáng)能電池領(lǐng)域,銅銦鎵硒薄太陽(yáng)能電池作為第二代薄膜電池的代表,具有成本低、效率高、穩(wěn)定性強(qiáng)等一系列優(yōu)點(diǎn),現(xiàn)已成為最具前景的太陽(yáng)能電池之一。然而,現(xiàn)階段制約其應(yīng)用的主要因素還是其光電轉(zhuǎn)換效率還沒(méi)有高到可以使太陽(yáng)能電池的經(jīng)濟(jì)效益可以與傳統(tǒng)能源相比。因而在本論文的后半部分,我們致力于如何改進(jìn)工藝制備出高效率的銅銦鎵硒光伏器件。本論文主要包括基于橢偏光譜法研究不同納米薄膜的光學(xué)常數(shù)和高效率銅銦鎵硒太陽(yáng)能電池的制備兩大方面內(nèi)容。本論文共包含七章,具體內(nèi)容如下:第一章前半部分從麥克斯韋方程組開(kāi)始詳細(xì)介紹了光在物質(zhì)中的傳播過(guò)程并引出橢偏儀的工作原理以及薄膜光學(xué)常數(shù)的幾種主要測(cè)量方法;后半部分從當(dāng)今世界能源危機(jī)出發(fā)系統(tǒng)介紹了光伏的誕生背景以及光伏的原理,并重點(diǎn)介紹了銅銦鎵硒太陽(yáng)能電池的發(fā)展歷史及其獨(dú)特的性質(zhì)所帶來(lái)的技術(shù)上的優(yōu)勢(shì)。第二章在傳統(tǒng)橢偏法的基礎(chǔ)上發(fā)展了橢偏光度迭代法,通過(guò)該方法獲得了不同厚度銀薄膜的光學(xué)常數(shù),在光學(xué)常數(shù)的基礎(chǔ)上推出銀薄膜的表面及體能量損失函數(shù),進(jìn)而分析了銀薄膜表面等離激元與薄膜厚度之間的關(guān)系。第三章通過(guò)橢偏光度迭代法獲得了不同厚度的在空氣中經(jīng)過(guò)自然氧化的銅薄膜的等效光學(xué)常數(shù),同時(shí)運(yùn)用橢偏技術(shù)具體分析了此類薄膜的表面結(jié)構(gòu),包括表面粗糙層、氧化亞銅層以及銅層分別所占的厚度,并根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)銅薄膜在空氣中自然氧化的機(jī)制作了分析。第四章研究了硅表面覆蓋有約300nm SiO_2這一體系在0℃~600℃下的變溫光學(xué)性質(zhì),通過(guò)使用Cauchy模型替代SiO_2和用B-spline對(duì)Si襯底進(jìn)行參數(shù)化得到了SiO_2和Si在不同溫度下的光學(xué)常數(shù),并具體分析了SiO_2的折射率溫度系數(shù)隨溫度及波長(zhǎng)的變化。第五章通過(guò)控制生長(zhǎng)過(guò)程中束源爐溫度人為改變Ga梯度的過(guò)程中,研究并分析了生長(zhǎng)工藝、Ga梯度形狀和電池性能三者之間的關(guān)系。最終,通過(guò)使第一步中In源溫度逐漸升高,Ga源溫度逐漸降低,第三步前半段中In源溫度逐漸降低,Ga源溫度逐漸升高,形成人為控制的V型帶隙,使電池同時(shí)具有較好的開(kāi)路電壓、短路電流和FF,成功獲得無(wú)減反層情況下17.5%效率的電池。第六章首先采用不同厚度的Al_2O_3阻擋層證明了玻璃中的Na擴(kuò)散進(jìn)入CIGS吸收層的量過(guò)多或過(guò)少都會(huì)對(duì)電池性能尤其是開(kāi)路電壓產(chǎn)生不利影響,在本文所采用的實(shí)驗(yàn)條件下,1nm的Al_2O_3可以使擴(kuò)散出的Na的量處于最佳水平。接著,我們嘗試通過(guò)足夠厚的Al_2O_3阻擋層將Na從玻璃向吸收層的擴(kuò)散通道完全阻隔,再采用NaF后處理的方式添加Na,結(jié)果表明此種添加方式所制備的電池優(yōu)于完全沒(méi)有Na的情況,但是劣于通過(guò)從玻璃中擴(kuò)散的方式添加Na。最后,我們將Al_2O_3阻擋層與NaF后處理技術(shù)同時(shí)使用,電池性能得到明顯提高,最終通過(guò)3 nm的Al_2O_3阻擋層配合33 nm的NaF后處理技術(shù)同時(shí)使用使電池效率達(dá)到16.5%(無(wú)減反層)。第七章對(duì)本論文的研究?jī)?nèi)容作詳細(xì)總結(jié)。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：O484.41;TM914.42

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 張?chǎng)?宋小會(huì);張殿琳;;Thickness dependence of grain size and surface roughness for dc magnetron sputtered Au films[J];Chinese Physics B;2010年08期

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本文編號(hào)：1292842