不同厚度的ITO薄膜光学和电学性能对光伏电池的影响

 

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375nm，电阻率分别从29×10⁻⁴Ω/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膜厚对太阳能电池性能的影响

 太阳能电池在(a)d=75nm(b)d=225nm(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

 

 

 

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。