第42卷第7期中南大学学报(自然科学版Vol.42No.72011年7月JournalofCentralSouthUniversity(ScienceandTechnologyJuly2011二氧化钛太阳能电池减反射膜结构和光学特性赵保星,周继承,荣林艳,彭银桥(中南大学能源科学与工程学院,湖南长沙,410083摘要:用溅射功率为100~500W的直流反应磁控溅射法制备出不同结构与特性的TiO2薄膜样品;采用原子力显微镜(AFM、X线衍射仪(XRD、傅里叶红外光谱(FTIR和紫外可见光分光光度计对薄膜的形貌、结构及光学特性进行表征;研究溅射功率对薄膜的结构、形貌及光学特性的影响。研究结果表明:沉积态薄膜均为无序结构,氧化物溅射模式下沉积的薄膜为透明状态,金属模式下沉积的薄膜不透明,TiO2薄膜的折射率随着溅射功率变化在1.8~2.3之间变化;在低功率制备的沉积态薄膜存在TiO0.5微晶,它使薄膜样品的透过率降低,这主要是TiO0.5微晶对光波的强烈吸收所致;400W溅射功率下制备出适合太阳能电池减反射膜应用的透过率高及折射率大的TiO2减反膜。关键词:二氧化钛;直流反应磁控溅射;溅射功率;减反射薄膜;光学特性中图分类号:O484文献标志码:A文章编号:1672−7207(201107−2147−05StructureandopticalpropertiesoftitaniumdioxideantireflectionthinfilmsforsolarcellZHAOBao-xing,ZHOUJi-cheng,RONGLin-yan,PENGYin-qiao(SchoolofEnergyScienceandEngineering,CentralSouthUniversity,Changsha410083,ChinaAbstract:TiO2filmswithdifferentstructurepropertieswerepreparedwithvaryingsputteringpowerfrom100Wto500W.Filmsurfacemorphology,structure,andopticalpropertiesweremeasuredwithstepprofiler,AFM,X-raydiffraction,FTIR,UV-VIStransmittancespectroscopeandellipsometryrespectively.Theinfluenceofthesputteringpoweronthefilmsstructure,morphologyandopticalpropertieswasinvestigated.Theresultsshowthatthedepositedfilmsareindisorderstate.Filmsdepositedinoxidemodearetransparentwhilethoseinmetalmodeareopaque.Therefractionindexvariesfrom1.8to2.3.ThefilmpreparedatlowsputteringpowerpossessesTiO0.5smallcrystalwhoseabsorptionhashinderedthetransmittance.Theoptimumsputteringpoweris400W.Keywords:titaniumdioxide;DCreactivemagnetronsputtering;sputteringpower;antireflection;opticalproperty由于硅的折射系数(n~3.5[1]与空气的折射系数相差很大,光波在界面处的反射成为影响太阳能电池效率的重要因素,因此,必须在电池表面加镀减反射膜。减反膜可分为单层/多层四分之一波长减反膜[2]和梯度折射率减反膜[3]。单层/多层四分之一波长减反膜是利用光的相消干涉,通过选取合适的材料和膜厚来降低特定波段的反射率;梯度折射率减反膜是通过制备一层折射率从1.0~3.5渐变层来降低界面反射。多层λ/4减反膜和梯度折射率减反膜能够起到很好的减反效果[4],但制造成本高,无法在太阳能电池规模化生产中使用。薄膜电池等第3代太阳能电池对减反膜的要求很高[5],单层λ/4减反膜无法满足要求。因此,开发低成本的多层λ/4减反膜或者梯度折射率减反膜对晶体硅太阳能电池和新型太阳能电池的发展都是十分必要的。TiO2薄膜对电池片生产过程中的大多数化学物质都有很好的化学稳定性,其折射率高和吸收率低,收稿日期:2010−06−05;修回日期:2010−08−12基金项目:湖南省重大科技专项项目(08FJ1002通信作者:周继承(1963−,男,湖南长沙人,教授,从事电子信息材料与器件研究;电话:138********;E-mail:jicheng@mail.csu.edu.cn中南大学学报(自然科学版第42卷2148在玻璃封装的太阳能电池应用中优势明显[6−7]。目前,TiO2薄膜的研究集中于染料敏化电池、光催化等方面[8−11],对太阳能减反膜应用研究很少。直流磁控反应溅射方法具有沉积温度低、薄膜附着性好、易于控制厚度和化学计量比并且容易实现连续化大规模生产等优点。同时,调节反应磁控溅射的溅射功率、氧气流量等沉积参数可以在较大范围内改变薄膜的光学特性[10]。本文作者利用直流反应磁控溅射法在常温下制备不同结构特性的TiO2薄膜,研究薄膜结构特性对TiO2薄膜的光学性能的影响。1实验利用直流反应磁控溅射法...