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不同厚度的ITO薄膜光学和电学性能对光伏电池的影响
日期:2024-09-20
ITO由于其高透过率和导电性,已广泛应用于太阳能电池领域。ITO 薄膜的厚度对其光学性能有显著影响,随着膜厚增加,近红外区域的透过率下降,反射率在波长高于 1900nm时略有增加。使用「美能光伏」UVN2800分光光度计采集ITO薄膜的反射率和透过率数据,为分析太阳能电池的效率提供了有力支持。
ITO薄膜制备一般需要考虑:高透过性、低电阻率、合理的膜厚等因素,这就需要对其不同膜厚的光学性能、电学性能数据进行采集,以设计出参数合理的ITO薄膜。
不同厚度ITO薄膜的光学特性
不同厚度ITO薄膜的透过率和反射率
使用双光束分光光度计测量不同厚度 ITO 薄膜的光透过率(T)与波长的关系:
光透过率随薄膜厚度增加而减小,尤其是在近红外区域。在近红外区域,由于薄膜中大量自由电子与入射光发生相互作用,导致光的极化,从而使传输光谱显著降低,进而影响介电常数。透过率高度依赖于制备的ITO薄膜厚度。
同样使用双光束分光光度计测量不同厚度 ITO 薄膜的反射率(R)与波长的关系:
反射率光谱显示,对于波长高于 1900nm 的光,反射率会略有增加。然而,这与同一区域透过率的降低并不一致。随着近红外区域厚度增加,透过率的降低归因于自由载流子吸收,这在所有高载流子浓度的透明导体中都很常见。
综上所述,ITO 薄膜的透过率与膜厚呈负相关,而反射率在特定波长范围内随膜厚的变化相对较小。
ITO 薄膜的电学性质
ITO薄膜的电阻率与厚度的关系
用标准四点探针法测量了不同厚度ITO薄膜的电学性能。由图可以看出,随着ITO膜厚度从75 nm增加到375 nm,电阻率分别从29 x10-4Ω/cm降低到1.65 x10-4Ω/cm。电阻率的降低导致相对较高的电荷载流子密度,进而引起迁移率的变化。
ITO 薄膜的厚度对其电学性质有重要影响,电阻率随着厚度的增加而减小,而较低电阻率的 ITO 薄膜更有利于提高太阳能电池的效率。
ITO薄膜厚度对太阳能电池性能的影响
太阳能电池在(a)d=75nm (b)d=225 nm(c)d=325nm(d)d=375nm处的特性曲线
d = 75nm 时:效率为 5.7%,开路电压(Voc)为 0.67V,短路电流密度(Jsc)为 14mA/cm²,填充因子(FF)为 54.4%,最大功率(Pmax)为 5.1mW。
d = 225nm 时:效率为 6.6%,Voc 为 0.72V,Jsc 为 15mA/cm²,FF 为 54.6%,Pmax 为 5.9mW。
d = 325nm 时:效率最高,为 8.6%,Voc 为 0.82V,Jsc 为 17mA/cm²,FF 为 57.4%,Pmax 为 7.7mW。
d = 375nm 时:效率为 7.1%,Voc 为 0.64V,Jsc 为 13mA/cm²,FF 为 51%,Pmax 为 4.3mW。
从图中可以看出,随着 ITO 薄膜厚度的增加,太阳能电池的性能先提高后降低。当 ITO 薄膜厚度为 325nm 时,太阳能电池的性能最佳。这表明 ITO 薄膜的厚度对太阳能电池的性能有重要影响,合适的ITO薄膜厚度可以提高太阳能电池的光电转换效率。
随着 ITO 薄膜厚度的增加,透过率在近红外区域特别是 NIR 区域下降。透过率高度依赖于制备的薄膜厚度,ITO 薄膜的厚度对其透过率和反射率有显著影响。
美能分光光度计
联系电话:400 008 6690
美能分光光度计在光伏领域中主要用来测TCO和非晶硅、微晶硅等薄膜材料的反射率和透过率,应用较多的为ITO薄膜。全设备采用独特的双光束光学设计,可以完美地校正不同样品基质的吸光度变化,测试范围广、精度高、稳定性好。
■ 采用双光源双检测器设计,波长范围190-2800nm
■ 双光栅光学结构,有效降低杂散光
■ 积分球直径可达100mm,涂层在可见区的反射率优于99%
ITO 薄膜的厚度对其光学特性有显著影响,包括透过率、反射率、吸收系数和光学带隙等。这些变化与薄膜的微观结构、晶体质量以及载流子浓度等因素有关。美能分光光度计UVN2800完全可以满足在190-2800nm全波段采集ITO薄膜的反射率、透过率数据的需求,被广泛应用于光伏行业中。