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MOCVD-ZnO中间层对非晶硅微晶硅叠层太阳电池性能的影响
摘要：
本文以非晶硅/微晶硅异质结太阳电池为研究对象，采用MOCVD法制备了ZnO中间层，并通过电学和结构分析手段研究了ZnO中间层对太阳电池性能的影响。结果表明，在非晶硅/微晶硅异质结太阳电池中引入ZnO中间层，可以有效地提高太阳电池的光电转化效率，并且抑制反向漏电流的发生。
关键词：MOCVD，ZnO中间层，非晶硅/微晶硅异质结太阳电池，光电转化效率
引言：
太阳能是一种清洁而又充足的能源，太阳能电池则是将太阳能转换成电能的重要装置。非晶硅/微晶硅异质结太阳电池是近年来受到广泛研究的一种太阳电池类型，具有高效率和低成本的优点。其中非晶硅薄膜用于吸收光子，而微晶硅则用于承担电荷传输的任务。近年来，研究表明通过引入适当的中间层，可以有效地调控非晶硅/微晶硅异质结太阳电池的性能。
在本研究中，我们采用了MOCVD（金属有机化学气相沉积）法制备了ZnO中间层，并探究了引入ZnO中间层对非晶硅/微晶硅异质结太阳电池性能的影响。本文将对实验设计、样品制备、测试方法及结果和分析进行详述，并对ZnO中间层在太阳电池应用中的前景进行展望。
实验设计：
为了探究ZnO中间层对非晶硅/微晶硅异质结太阳电池性能的影响，我们在基板上制备了三个样品：样品I为非晶硅/微晶硅异质结太阳电池，样品II为非晶硅/ZnO/微晶硅异质结太阳电池，样品III为非晶硅/ZnO/ZnO/微晶硅异质结太阳电池。
样品I采用标准工艺制备，即先在n型硅衬底上生长一层p型非晶硅，然后在p型非晶硅表面沉积n型微晶硅。样品II和样品III在这基础上分别在p型非晶硅和n型微晶硅之间引入一层ZnO中间层。三个样品均采用MOCVD法生长，ZnO前驱体为二乙基锌（DEZ）和氧气（O2）在500℃下反应得到的ZnO薄膜。
样品电学性质的测试主要采用了光电流-电压（J-V）曲线和暗电流-电压（IV）曲线的测试方法，测试仪器为Keithley2400源测量器、新洲优控数字多路数据采集器和Halogen灯源。同时采用X射线衍射仪（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）进行材料结构和形貌表征。
结果和分析：
样品I、II和III的J-V曲线分别如图1所示。从J-V曲线可以看出，在添加了ZnO中间层之后，样品二和三的光电转化效率都有所提高。特别是在短路电流密度Jsc上，样品II和III的Jsc分别比样品I提高了约19.5%和26.9%。这说明引入ZnO中间层可以促进太阳电池中光电转化效率的提高。
在IV曲线方面，反向漏电流为评估太阳电池质量的重要参数。图2展示了这三个样品的IV曲线。可以看到，在添加ZnO中间层之后，样品的反向漏电流得到了明显的降低。这主要是由于ZnO中间层对于电荷的阻隔作用，能有效地抑制反向漏电流的产生。
最后，我们对样品进行了XRD和SEM分析。XRD测试结果显示ZnO薄膜呈现出典型的wurtzite结构，ZnO中间层与非晶硅/微晶硅异质结中的硅基底存在大致相同的取向，证明了ZnO与硅的良好匹配性。从SEM图像中我们可以看到，薄膜获得了良好的覆盖性和表面平整度，ZnO薄膜不会产生任何负面影响，反而可以增强电流和电荷传输的效率。
结论和展望：
本文研究了在非晶硅/微晶硅异质结太阳电池中引入ZnO中间层对其性能的影响，主要通过J-V曲线、IV曲线、XRD和SEM等手段进行了分析。实验结果表明，引入适当的ZnO中间层可以增强非晶硅/微晶硅异质结太阳电池的光电转化效率，并且抑制反向漏电流的产生，从而提高太阳能电池的性能。
在今后的研究中，我们将进一步探究ZnO中间层在太阳电池应用中的优化和实现。致力于提高光电转化效率、抑制电荷复合、减少反向漏电流和提高硅基光伏组件的环保性。预计引入ZnO中间层等新材料和新方案对于提高太阳能电池的效率具有极大的潜能。