背电极ZnO：Al薄膜与n-a-Si：H膜接触特性的研究

　　本文分别采用电子束蒸发和磁控溅射的方法在n 型掺杂(n-Si：H)膜上沉积了不同掺杂量和不同厚度的掺Al 的ZnO(ZnO：Al)薄膜。通过I-V 测试仪测试了两种方法制备的ZnO：Al 薄膜与n-Si：H膜的接触特性，结果显示对于电子束蒸发制备的ZnO：Al 薄膜，当掺杂浓度为2.5%时n-a-Si：H/ZnO：Al的接触电阻最小，在厚度变化不大的情况下，n-a-Si：H/ZnO：Al 的接触电阻随着ZnO：Al 厚度的增加而增大。而磁控溅射制备的ZnO：Al 薄膜，n-a-Si：H/ZnO：Al 的接触电阻随着厚度的增加而不断减小。

　　半导体材料的薄膜化可以大幅度降低太阳能电池的成本，所以薄膜太阳能电池的研究已经成为下一代光伏研究的热点。要提高硅薄膜太阳能电池的效率，背反射电极(ZnO：Al)的加入至关重要。硅薄膜太阳能电池的短路电流是由光的透射、反射和载流子的复合所决定。背反射电极n/TCO/Al 的加入，使透过电池到达背电极的那部分再反射回来，进行二次吸收，这样可以增加I层的光吸收从而提高电池效率。提高短路电流是背反射电极的主要作用。

　　然而，对于pin 硅薄膜太阳能电池来讲，在背反射电极n/TCO/Al 的制备时，要在n+ 层上溅射ZnO：Al 透明导电膜，由于溅射粒子能量很大，它对电池的轰击比较严重，所以ZnO：Al 的溅射功率不能太大;要提高电池的转换效率，就要尽量减小串联电阻值，背电极和n+之间必须形成良好的欧姆接触，尽量减少对载流子的阻挡作用。因此，为提高电池效率很有必要深入研究TCO/n 界面的接触效应。

　　本文采用PECVD法在ZnO：Al 薄膜上沉积了n-a-Si：H 薄膜，接着分别用电子束蒸发和磁控溅射法在n-a-Si：H 薄膜上制备ZnO：Al 薄膜，并对ZnO：Al 薄膜与n-a-Si：H 薄膜的电接触特性进行了研究，从而找到ZnO：Al薄膜的最优化条件。

　　1、实验方法和设计

　　用PECVD 法[9-10]在ZnO：Al 导电玻璃上沉积n-a-Si：H 薄膜，沉积条件为：电极间距(d=2 cm)，硅烷含量(SiH4%=2%)，硼烷含量(PH3%=0.8%)，沉积温度(T=250 ℃)，气体总流量(TF=187.4 sccm)，反应气压(P=133.3 Pa)，沉积功率(Prf=50 W)。然后再在n-a-Si：H 薄膜上沉积ZnO：Al 薄膜，用两种方法(1)电子束蒸发的沉积条件为：温度：200 ℃，氧分压：1×10^-2 Pa，束流：40 mA，不同的掺杂量(Al2O3：ZnO)分别为2%、2.5%和3%，保持掺杂量为2.5%时，改变沉积时间分别为10 min、15 min、20 min、25 min 和30 min。(2)磁控溅射反应条件为：温度：200 ℃，氧流量：5.06 sccm，氩流量：18.6 sccm，溅射电流：1 A。不同厚度的反应时间分别为：4 min、8 min 和10 min。最后在样品上蒸镀铝电极，对其进行I-V 测试。

　　样品的接触特性用I-V 测试仪进行了测量和分析，所用的仪器为美国吉时利公司生产的2182A 纳伏表和2400恒流源。样品的晶化率用Raman 谱进行了测量和分析， 所用的仪器为Renishaw 2000。

　　3、结论

　　对于电子束蒸发制备的ZnO：Al 薄膜，掺杂浓度存在一拐点，当掺杂浓度为2.5%时，n-a-Si：H/ZnO：Al 的接触电阻最小，这是因为在掺杂浓度为2.5%时ZnO：Al 薄膜的电阻率最小;而保持掺杂浓度为2.5%时，n-a-Si：H/ZnO：Al 的接触电阻随着ZnO：Al 厚度的增加而不断增大，分析认为，厚度变化不大时，薄膜的性能基本相同(电阻率和结晶度差别不大)，但体电阻随着厚度的增加而增加。

　　对于磁控溅射制备的ZnO：Al 薄膜，n-a-Si：H/ZnO：Al 的接触电阻随着厚度的增加而不断减小，因为对于磁控溅射制备的ZnO：Al 薄膜来说，随着ZnO：Al 厚度的增加，ZnO：Al 薄膜的电阻率不断减小，结晶度也不断变好。