隨著太陽(yáng)能電池技術(shù)的快速迭代，異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池因其高轉(zhuǎn)換效率、高開(kāi)路電壓、低溫度系數(shù)、低工藝溫度、可雙面發(fā)電等優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛關(guān)注。其中ITO薄膜在異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池中發(fā)揮著重要作用，其制備過(guò)程中，氧含量、沉積溫度和濺射功率對(duì)其電學(xué)和光學(xué)性能會(huì)產(chǎn)生一定的影響。美能掃描四探針?lè)阶铚y(cè)試儀和分光光度計(jì)，能分別檢測(cè)太陽(yáng)能電池的薄膜方阻和薄膜材料的反射率和透過(guò)率，幫助用戶(hù)在不同條件制備薄膜后，選擇出最優(yōu)的制備方案。

本篇文章將給大家講解氧含量對(duì)ITO薄膜的電學(xué)和光學(xué)性能的影響。

異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池概述

以n型硅片為襯底，經(jīng)過(guò)清洗制絨，采用等離子沉積法依次沉積本征非晶硅薄膜（ia-Si:H）和n/p型非晶硅薄膜。在正面和背面進(jìn)行增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD），形成背面場(chǎng)和PN異質(zhì)結(jié)，以減少載流子的復(fù)合。然后通過(guò)直流磁控濺射（SP）在正面和背面沉積TCO薄膜作為載流子傳輸。最后，通過(guò)絲網(wǎng)印刷在太陽(yáng)能電池的正面和背面印刷金屬，形成雙面對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的異質(zhì)結(jié)，TCO層/P摻雜a-Si:H層/本征a-Si:H鈍化層/c-Si晶片/本征a-Si:H鈍化層/N摻雜a-Si:H層/TCO層。但異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池的發(fā)射極為非晶硅，因此需要在非晶硅層與金屬電極之間引入TCO薄膜，以保證電流的橫向傳輸，并減少傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池因橫向傳輸性能差而帶來(lái)的熱損失高的缺點(diǎn)。HJT太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)圖

在眾多TCO薄膜中，ITO薄膜是一種n型半導(dǎo)體透明導(dǎo)電氧化物薄膜，其帶隙大于3.5 eV，電阻率低至10-4Ω?cm?。它具有獨(dú)特的光學(xué)性能，如紫外線(xiàn)截止特性、可見(jiàn)光高透過(guò)率、紅外光反射率高等。而在制備ITO薄膜的過(guò)程中，氧含量、沉積溫度和濺射功率對(duì)ITO薄膜透光率和電導(dǎo)率有一定影響，也對(duì)HJT太陽(yáng)能電池性能產(chǎn)生影響。

氧含量對(duì)ITO薄膜的電學(xué)和光學(xué)性能的影響

1. 電學(xué)性能

氧含量對(duì)ITO薄膜的透過(guò)率和電阻率較為敏感。不同氧含量制備的ITO薄膜的載流子遷移率、載流子濃度、電阻率、透過(guò)率都不同，ITO薄膜的導(dǎo)電率主要依靠氧空位和雜原子摻雜提供載流子。1個(gè)Sn4+取代In3+可以提供1個(gè)電子，1個(gè)氧空位可以提供2個(gè)電子；然而，遷移率與薄膜中的散射機(jī)制有關(guān)。

不同氧含量的ITO薄膜的電學(xué)特性

從上圖可以看出，載流子濃度隨著氧含量的增加而降低，這是由氧空位減少引起的。隨著氧含量的增加，遷移率呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)。當(dāng)氧含量為2.2%時(shí)，遷移率達(dá)到最大值29.9 cm-2/V-2·s-1；然而，當(dāng)氧含量超過(guò)2.2%時(shí)，遷移率降低。豐富的氧含量使薄膜中的氧離子成為氧雜質(zhì)。因此，載流子的散射隨著氧含量的增加而增強(qiáng)，導(dǎo)致載流子遷移率下降，電阻率隨著氧含量的增加而增加。根據(jù)ρ=Nμ，ITO薄膜的電阻率與載流子濃度和遷移率有關(guān)，并且與載流子濃度和遷移率的乘積成反比。一開(kāi)始，由于氧氣不足，ITO薄膜中存在很多氧空位，導(dǎo)致載流子濃度較高，電阻率較低。此后，隨著氧含量的增加，薄膜中的載流子濃度和遷移率均下降，電阻率增大。

2. 光學(xué)性能

ITO薄膜的透過(guò)率主要與兩個(gè)波長(zhǎng)區(qū)域有關(guān)，即中短波區(qū)域和長(zhǎng)波長(zhǎng)區(qū)域。中短波區(qū)的透過(guò)率主要與材料的禁帶寬度有關(guān)，而長(zhǎng)波區(qū)的透過(guò)率主要與載流子濃度有關(guān)。過(guò)高的載流子濃度會(huì)與入射光產(chǎn)生強(qiáng)烈的相互作用，從而影響薄膜的透過(guò)率。從下圖可以看出，隨著氧含量的增加，ITO薄膜的透過(guò)率先增加后略有下降。由于在高氧含量條件下形成高價(jià)化合物，薄膜的透光率上升至90%以上。當(dāng)繼續(xù)增加氧含量時(shí)，透光率再次下降，這可能是由于晶界吸收了過(guò)量的氧離子以及樣品中的缺陷增強(qiáng)了樣品的散射。

不同氧含量的ITO薄膜的光學(xué)特性

美能掃描四探針?lè)阶铚y(cè)試儀FPP230A

美能掃描四探針?lè)阶铚y(cè)試儀可以對(duì)最大230×230mm的樣品進(jìn)行快速、自動(dòng)的掃描，獲得樣品不同位置的方阻/電阻率分布信息，可廣泛應(yīng)用于光伏、半導(dǎo)體、合金、陶瓷等諸多領(lǐng)域。

超高測(cè)量范圍，測(cè)量1mΩ~100MΩ

高精密測(cè)量，動(dòng)態(tài)重復(fù)性可達(dá)0.2%

全自動(dòng)多點(diǎn)掃描，多種預(yù)設(shè)方案亦可自定義調(diào)節(jié)

• 快速材料表征，可自動(dòng)執(zhí)行校正因子計(jì)算

美能分光光度計(jì)UVN2800