HIT电池中的TCO技术进展.docx

HIT电池中的TCO技术进展 王文静中科院电工研究所中国科学院大学 TCO的要求 ar?电学特性 ar ＞载流子收集和向前后金属的传递 ＞对于a-Si（n）和a-Si（p）的能带弯曲的优化（功函数匹配） ＞与Ag或Cu的接触电阻低 ?光学特性 ＞ ＞透光率（300?1200nm）,限制在IR处的吸收 ?没有对a?Si层的损坏 ＞柔和的沉积条件（＜200°C,无离子轰击） ＞阻止金属杂质的扩散（Cu…） ?适合组件封装 ＞稳定性 ＞没有蛻化（空气、水汽） 透明导电膜的矛盾 ? TCO要求高电导率 o=N|i 一一应该提高载流子浓度和迁移率，以提高电导率 N的提高会造成因自由载流子的等离子震荡而造成的在IR段的吸收(FCA) —高迁移率(卩)的材料一高FF+髙Jsc ?目前大部分人使用的是ITO (ln2O3:Sn) A In稀缺，很贵 -无In材料 透明导电膜的要求 电阻］ gN卩 矛盾H 矛盾— 透过率t 中短波透过率t 长波透过率t Nl _掺杂I | 一,TCO膜的光学特性 ITO的晶体结构 施主杂质 施主杂质 1山。3是方铁竄矿结构 一个晶胞中含16个化学式的1口2。3： J。空位：1。203小多出2个电子 Lsn掺杂：多出1个5S电子 8个俨处于 8个俨处于b位置 24个处于d位置 受主杂质 //0间隙：血2。3球多出2个空穴 / 2Sn?O 一补偿 In1: b site /ln2: d site ) 0 : Oxygen / O - Vacant fluorite-type site ,，、 |补偿导致中性杂质，未激活，降低迁 . 移率，却没有对导电的贡献。 TCO膜中的吸收过程 带间吸收 对于费米能级在禁带中的半导体, 吸收主要来自于: ?带间跃迁 ?掺杂杂质到能带边的跃迁 |对于ITO,光损失来自于| -光吸收：带间跃迁 -光反射：带内跃迁一离子散射 Ej 0.3 hwp ] 了 10—— RropH 30一 带隙迁移 对数带边界 颗粒边界的电子散射 Sn离子的部分屏酿所引起的电子散射 「Sh离子屏蔽所引起的电子散射 厂自由电子特性 声子吸收 TCO的光损失模型 带间跃迁 强吸收 带内跃迁 强反射 * 解释带内跃迁的标准模型共 三种: ? OJL模型 ?简谐振子理论 ? Drude模型 200 600 1000 1400 1800 Z[nm] 厚度为1.656微米的ITO薄膜的透射谱和反射谱 吸收随迁移率的变化 提高迁移率可以 减低长波吸收 TCO薄膜在固定载流子浓度下，吸收随迁移率的变化 ra 芭 aou2d」osq mc*=0.35mee /4. 48600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000Wavelength (nm)(凌) mc*=0.35me e /4. 48 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 Wavelength (nm) (凌)Dousd」QsqcuweCDOUEH 一 ffioHo 降低电子浓度：提升透过率 提高迁移率：降低长波吸收 efe 〃 〃 〃 L2:3: 111 n n n ^1 I ?1 ?! ?( F F F 不同的载流子浓度对于反射与吸收特性的影响 2p=1320nm 1870nm 2960nm 二 1 x 1021/cm3; fl = 20cnr/V s =5 x 102o/cnr；队=40cm2/V s -2 x IO20/cm3; ll = lOOcnr/V s 不同的^8的透射和反射率 mc*=0.35me ￡ 8二 3. 5 5.5 Nc=5X102°cm-3 H=40cm2/Vs (％) gus￡?」puCBeouCBculsuasmeoQdo o o o o 0 9 8 7 1 605040 3020 Ap=1650nm 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 Wavelength (nm) 2070nm 提高介电常数：降低长波吸收 改善ITO透明度的建议 ?重掺杂，以增加有效带隙宽度，减小带间跃迁吸收。□E? ?重掺杂，以增加有效带隙宽度，减小带间跃迁吸收。 □E ?减小载流子浓度，增加振荡波长;I □E ?在自由电子浓度较大的情况下如何降低载流子浓度: /减少不稳定的氧缺陷杂质 /降低晶粒边界（增大晶粒） ?提高载流子的迁移率也可以降低ITO膜的吸收 二TCO膜的电学特性 TCO膜的迁移率 e-T 卩~ m * I I I 1 Rt “g 四 三种散射导致迁移率的下降: ?离化杂质散射(i) ?晶粒边界散射(g) ?声子散射(I) ?中性杂质的散射(n) 离化杂质散射 离化杂质散射的BHD (Bro