课题基金基金详情
超声辅助激光诱导作用下金属/AZO薄膜表面光栅结构的制备及相关机理研究
结题报告
批准号:
51805220
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
25.0 万元
负责人:
黄立静
依托单位:
学科分类:
E0505.机械摩擦学与表面技术
结题年份:
2021
批准年份:
2018
项目状态:
已结题
项目参与者:
任乃飞、丁华、王轶伦、李双双、张耀、赵磊
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中文摘要
透明导电氧化物(TCO)薄膜广泛应用于薄膜太阳能电池领域,主要要求其具有良好导电性和高透光率。由于薄膜太阳能电池的有源层较薄,难以实现对入射光的充分吸收。在TCO薄膜表面制备光栅结构,利用光栅的多重散射作用增加入射光的光程,可使入射光被有源层充分吸收,从而有效提高薄膜太阳能电池的光电转化效率。本项目针对掺铝氧化锌(AZO)薄膜表面高分辨率光栅结构制备的难题,拟通过在AZO薄膜表面引入金属层,并采用超声辅助激光诱导的方法来实现光栅结构的制备。研究超声参数和激光参数与光栅结构形成之间的关联,总结归纳金属/AZO薄膜表面光栅结构形成的条件和关键影响因素,提出光栅结构的形成机理;通过性能测试与分析,获得薄膜光电性能随实验参数变化的规律性描述,确定可优化薄膜综合光电性能的最佳工艺参数。本项目的研究可为TCO薄膜性能优化提供新的研究思路和方法,为高性能透明导电薄膜材料的开发与应用奠定基础。
英文摘要
Transparent conducting oxide (TCO) thin films are widely used in thin-film solar cells to meet the requirements of good conductivity and high transmittance. Due to the thinner active layer in a thin-film solar cell, full absorption of incident light can hardly be achieved. Fabricating grating structures on the TCO film surface will contribute to full absorption of incident light by the active layer, owing to the multiple scattering effect of the gratings that can increase the optical path of the incident light. As a result, the photoelectric transformation efficiency of the thin-film solar cell will be effectively enhanced. Since fabrication of high-resolution grating structures on an aluminium-doped zinc oxide (AZO) film surface is difficult, this project will introduce a metal layer on the AZO film surface and apply a ultrasonic-assisted laser inducing method to achieve the fabrication of grating structures. The correlation between ultrasonic or laser parameters and the formation of grating structures will be investigated. The forming condition and the key influence factors of the grating structures on the metal/AZO film surface will be summarized, and the formation mechanism of the grating structures will be proposed. By measuring and analyzing experimental data, the variation rule for the photoelectric properties of the film with experimental parameters will be obtained, and the optimum technological parameters for optimizing the overall photoelectric property of the film will be determined. The project will provide a novel research idea and method for performance optimization of TCO films, and lay a solid foundation for development and application of high-performance transparent conducting thin film materials.
透明导电氧化物(TCO)薄膜广泛应用于薄膜太阳能电池领域,主要要求其具有良好导电性和高透光率。由于薄膜太阳能电池的有源层较薄,难以实现对入射光的充分吸收。在TCO薄膜表面制备光栅结构,利用光栅的多重散射作用增加入射光的光程,可使入射光被有源层充分吸收,从而有效提高薄膜太阳能电池的光电转化效率。本项目针对掺铝氧化锌(AZO)薄膜和掺氟二氧化锡(FTO)表面高分辨率光栅结构制备的难题,在AZO和FTO薄膜表面引入金属层,并采用超声辅助激光诱导的方法来实现光栅结构的制备。主要研究了激光作用下AZO和FTO薄膜表面光栅结构形成机理的实验证据和理论描述,发展和提出了超声振动控制激光表面处理的有效、可控方法和策略。采用激光烧蚀以及超声辅助的方法,获得微米至亚微米级光栅结构,结合金属层复合或高频振动控制条件下激光表面退火等方法,有效实现薄膜光电性能优化。在本研究中,采用40 μm的线间距和0.6 J/cm2的激光能量密度可以同时制备出具有最佳抗反射效果的光栅结构,并获得最佳的激光退火作用。所得薄膜的平均透过率、平均反射率、方块电阻和品质因子分别为87.77%、9.09%、9.38 Ω/sq和2.89×10−2 Ω−1,而未处理AZO薄膜的平均透过率、平均反射率、方块电阻和品质因子分别为84.41%、14.67%、10.25 Ω/sq和1.79×10−2 Ω−1。在0.6 J/cm2的低激光能量密度下,Ag/FTO薄膜表面可获得完整、均匀的光栅结构。所得Ag/FTO薄膜的整体光电性能最好,平均透过率最高为85.5%,方块电阻最低为6.4 Ω/sq,品质因子最高为3.26 ×10−2 Ω−1。本项目研究开拓了薄膜太阳能电池材料研究新思路,为透明导电薄膜性能优化及其在太阳能电池产业中的应用奠定了一定的理论和实验基础。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:10.3788/cjl202249.0202007
发表时间:2022
期刊:中国激光
影响因子:--
作者:周运龙;雷敏;王陈林;许倩;李保家;黄立静
通讯作者:黄立静
Performance optimization of SnO2:F thin films under quasi-vacuum laser annealing with covering a transparent PET sheet: A study using processing map
覆盖透明 PET 片的准真空激光退火下 SnO2:F 薄膜的性能优化:使用加工图的研究
DOI:10.1016/j.apsusc.2020.145334
发表时间:2020-04-15
期刊:APPLIED SURFACE SCIENCE
影响因子:6.7
作者:Li, Bao-jia;Yang, Guang-yu;Ren, Nai-fei
通讯作者:Ren, Nai-fei
DOI:10.1016/j.materresbull.2018.09.002
发表时间:2018-12-01
期刊:MATERIALS RESEARCH BULLETIN
影响因子:5.4
作者:Li, Bao-jia;Yang, Guang-yu;Ren, Nai-fei
通讯作者:Ren, Nai-fei
DOI:10.1016/j.mssp.2018.11.013
发表时间:2019-03
期刊:Materials Science in Semiconductor Processing
影响因子:4.1
作者:Tian-yu Wang;Bao-jia Li;Nai-fei Ren;Li-jing Huang;Huang Li
通讯作者:Huang Li
DOI:10.1007/s10854-021-05720-0
发表时间:2021-03
期刊:Journal of Materials Science: Materials in Electronics
影响因子:--
作者:N. Ren;Wei-zheng Wang;Bao-jia Li;Li-jing Huang;Yao Zhang
通讯作者:N. Ren;Wei-zheng Wang;Bao-jia Li;Li-jing Huang;Yao Zhang
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