ITO薄膜光学性能受退火工艺温度的影响

 

 

ITO薄膜即铟锡氧化物半导体透明导电膜，主要优点是其高透明度和导电性，可以作为透明电极应用在光伏电池中。在TOPCon电池中，添加ITO薄膜可以有效提升电池的短路电流密度和转换效率，是提高TOPCon电池性能的一种有效途径。美能UVN2800分光光度计是一款用于测量ITO、非晶硅、微晶硅等薄膜材料的透过率、反射率以及吸光度的检测仪器，波长范围为190～2800 nm，搭配全新控制、数据处理软件为太阳能电池效率分析提供了有力支持。

 

透明导电氧化物薄膜的应用与制备

透明导电氧化物薄膜（TCO）被用作透明母电极，已经成为不同光电器件的重要组成部分，如：太阳能电池、发光二极管、光电二极管等。为保证其光学的高透明度，这些电极的电阻率应尽可能地最小化。

 

氧化铟锡（ITO）薄膜是目前应用最广泛的材料，制备的方法也多种多样，包括直流和射频溅射、反应蒸发、脉冲激光烧蚀、电子束蒸发、喷雾热解和溶胶-凝胶技术。在制备过程中，ITO薄膜的电学和光学性能对制备方法、成分、氧分压、衬底温度、衬底类型和退火工艺高度敏感，薄膜的微观结构也会随着退火的温度的变化而改变。

 

 

ITO薄膜的光学性质

有关透过率的信息，是决定ITO薄膜光学性能的重要工具。下图为厚度是199nm的沉积后和退火后的ITO薄膜的透过率和反射率的曲线图。厚度为199nm的ITO薄膜的透过率和反射率曲线图

 

从图中可以看出，ITO薄膜在400~1300nm的光谱范围内表现出较高的透过率。在同一光谱范围内，由于退火，反射率也有微小的增加。结果表明，较高的退火温度会导致较高的透光率，这是因为结构均匀性和结晶度的提高。随着晶体结构的改善，光波散射减少，使得薄膜的透过率更好。

 

在1300~2500nm的光谱范围内，透过率明显降低，而通过退火的样品的反射率增加了。这是由于入射的长波辐射与薄膜中的自由电子相互作用所致。

 

 

沉积和退火后厚度为199nm的ITO薄膜的吸收系数随波长的变化关系

 

上图展示了退火温度对厚度为199nm的ITO薄膜吸收系数光谱的影响。可以看出，在紫外区，由于跨基本带隙的激发，吸收很强。在400~1240nm波长区间，吸收极低，即透明区。最后，在1240~2500nm的波长区间，由于自由载流子密度的增加，吸收系数通过增加退火而增加。

 

 

美能分光光度计UVN2800

 

美能分光光度计支持测定从紫外区到近红外区的广范围波长区域的太阳光透过率，为太阳电池的效率分析提供了有力支持。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，从而可稳定地进行样品的测定，具有测试范围广、精度高以及稳定性好的优点。

采用双光源双检测器设计，波长范围可达190-2800nm

双光栅光学结构，有效降低杂散光

积分球直径100mm，长期使用不发黄变性、光学性能稳定

更多的研究显示，在退火工艺中，对温度的把控能够优化ITO薄膜的结构和光学、电学性能，起着这关重要的作用。而这些优化又能使TOPCon电池性能得到大幅提升。美能光伏研究出ITO减反射层的优化解决方案和测试设备——分光光度计，只为帮助客户在薄膜的光学性能提升，生产出更优质、转换效率更高的电池。