不同摻雜比例的IWO導電薄膜特性分析

青海黃河上游水電開發有限責任公司西寧太陽能電力分公司 劉 飛 郭永剛

青海黃河水電電池及組件研發實驗室 張 敏

采用RPD技術進行IWO導電薄膜的制備，研究分析不同WO3摻雜比例對IWO導電薄膜光學特性和電學特性的影響，隨著摻雜比例的升高，薄膜缺陷明顯增加，分子之間無法完全適配形成共價鍵，晶格的不完整性加大，薄膜結晶質量變差，同時導致IWO薄膜的方塊電阻也隨之升高，薄膜的電導率隨之降低。在其他工工藝條件恒定條件下。當WO3摻雜比例為1%時，薄膜方塊電阻最小為45Ω，電導率為2669.13s/m，導電性能優良，薄膜透光率基本保持在85%以上。

HIT電池因為優異的電學性能被預測為成為最具有開發前景的高效晶硅太陽能電池。近日，邁為股份研制的異質結太陽能電池片經德國哈梅林太陽能研究所（ISFH）測試認證的大面積異質結電池的最高效率紀錄已經達到25.05%（面積274.3cm2），理論上來說具備更高的效率提升潛力。然而由于HIT電池成本依舊相對較高。因此從工藝優化方面提升異質結電池光電轉換效率，降低異質結電池的制造成本刻不容緩。透明導電膜作為異質結電池中實現載流子的橫向傳輸及對外進行電流輸運的通道，高質量的透明導電膜可以實現高的透光率和電導率，使得制備出的異質結電池具有小的串聯電阻和高的填充因子，從而提升異質結電池的轉換效率。目前透明導電薄膜（TCO）廣泛應用于顯示器、太陽電池等等光電器件中，由于摻雜物的種類不同，可分為AZO、ITO、IWO等不同特性的透明薄膜。IWO薄膜由于具有低電阻率、高遷移率和寬光譜范圍的高透光率，受到越來越多的關注。本實驗主要對針對不同摻雜比例的IWO透明導電薄膜的特性進行分析研究，為HIT電池所需的高透光率、導電率的IWO導電薄膜提供工藝基礎。

1 實驗

1.1 基體準備

本文采用RPD技術在玻璃襯底上制備IWO薄膜，玻璃襯底尺寸為10cmh10cm，厚度為1.1mm的玻璃作為沉積基底，清洗時分別經過酒精、去離子水超聲20min，并用N2氣吹干，從而保證沉積襯底清潔干燥。目前評價薄膜質量是否優良的標準主要有兩個方面，即薄膜的光學性能和電學性能，本文主要采用紫外分廣度計、四探針法方塊電阻測試儀、霍爾效應測試儀分別對薄膜的光學性能和電學性能進行評價。

1.2 IWO薄膜的制備

采用國產RPD真空設備進行本次樣品的制備，首先將真空度抽至1.5h103Pa下，將氬氣槍頭調至180sccm保障足夠啟輝，正常啟輝之后，固定槍頭氬氣流量Ar2=80sccm，電子槍電流30A，沉積室氣壓維持在0.35Pa，實驗以高純O2（純度為99.999%）作為反應氣體，O2/Ar流量比例分別設定為0%、10%，襯底溫度設定為80℃，薄膜厚度設定值為90nm.選取WO3摻雜比例1%、2%、4%的IWO靶材，在玻璃基底上沉積薄膜樣品。

2 結果與討論

2.1 IWO薄膜結晶特性

由圖1的XRD圖譜可以看出，隨著摻雜比例的升高，IWO薄膜（2，2，2）方向上結晶特性顯著變差。但是WO3摻雜比例的變化對其他晶向上的生長沒有明顯變化。這主要是由于，WO3摻雜比例升高，在工藝條件沒有充分優化的條件下，WO3比例上升，意味著靶材中雜質比例較大，使同樣制備條件下，薄膜缺陷明顯增加，分子之間無法完全適配形成共價鍵，晶格的不完整性加大，所以結晶質量變差。

圖1 靶材摻雜比例對IWO薄膜結晶特性的影響

2.2 IWO薄膜的光學特性

由2中的（a）圖可知，隨著摻雜比例的升高，透過率曲線向短波方向移動，在加入氧氣后，WO3摻雜比例為1%時薄膜透過率，無論是可見光波段還是近紅外波段都有明顯優勢，平均透過率明顯高于另外兩種摻雜比例，透光率基本維持在85%-90%。同時從圖2可以看出，通入氧氣提高了長波波段的薄膜透過，可見光波段透過率有所下降同時透過率曲線向短波方向移動。從（b）圖可以看出，對于摻雜比例越低的IWO薄膜，氧氣對透過率的有利影響越明顯。隨著載流子濃度的增加，等離子振蕩波長減小，波長高于λ的波段表現為透射。載流子濃度越高截止波長λ越小，對近紅外區域光波段的透過就越小。雜質的摻入使得光學吸收邊界向短波方向移動帶隙展寬，符合Burstein-Moss效應。

圖2 不同摻雜比的IWO的透光率

2.3 IWO薄膜的電學特性

由圖3可以看出，隨著WO3摻雜濃度的升高，相同工藝條件下制備的IWO薄膜方塊電阻也隨之升高。當相同摻雜濃度的薄膜加入氧后，薄膜電阻有不同比例的升高，三種摻雜比例的薄膜上升比例分別為100%，90.7%，47.3%，WO3摻雜比例越低對氧氬比越“敏感”。其中摻雜比例為1%的薄膜方塊電阻最小為45Ω，電導率為2669.13s/m。

圖3 靶材摻雜比例對IWO薄膜方塊電阻的影響

結論：本文采用RPD的方法對不同WO3摻雜比例的IWO導電薄膜特性進行了分析研究，隨著摻雜比例的升高，薄膜缺陷明顯增加，分子之間無法完全適配形成共價鍵，晶格的不完整性加大，所以結晶質量變差，導致IWO薄膜的方塊電阻也隨之升高，進行影響電導率降低。在其他工工藝條件恒定條件下。當WO3摻雜比例為1%時，薄膜方塊電阻最小為45Ω導電性最好，薄膜透光率基本保持在了85%以上。