2 0 略年( 第四眉) 中胃蚋米科技西安研讨会论文集加惦t h e 铲a 妇S y m p 憾i u mo nN a a 佣d e a e e T e e l m o l c g y太阳能电池光电转换膜微观结构的高分辨电镜研究方克明金建灵王国承( 北京科技大学，北京1 0 0 0 8 3 )擅要：提出了一种把薄膜或多层胰制成用透射电镜可以观察层间结构的样品的新技术。用高分辨电镜研究了太阳能电池S i S n 0 2 系光电转换膜的微观结构。关键词：太阳能电池；光电转换膜：微观结构0 引育太阳能电池的研制是能源领域的热门课题之一。太阳能电池的种类很多，光电转化效率也相差很大。无论哪种太阳能电池，一般制造工艺都较复杂。太阳能电池的光电转化效率与光电转换膜的微观结构密切相关。因此用高分辨电镜研究光电转换膜的微观结构对提高太阳能电池的光电转化效率和优化制备工艺有着重要的指导意义。文章主要介绍一种以玻璃为衬底的太阳能电池光电转换膜的微观结构。1 光电转换膜透射电镜样品的制备光电转换膜一般是一种多层膜。用透射电镜研究光电转换膜微观结构的前提条件是必须垂直于光电转换膜平面切取透射电镜电子束可以穿透的纳米厚度的薄膜。目前国内外研究者常用的方法是把两片膜样品面对面用胶对粘起来，然后垂直于膜样品对粘面切一薄片，如图1 中虚线所示。通过磨抛的方法把薄片减薄到微米量级，最后用氯离子薄化仪把膜层减薄到电子柬可以穿透的薄度。这种制样方法虽然工艺简单但效率和成功率缀低，很难得到理想豹透射电镜样品。本：史采用了一种特殊的制样方法，其步骤为：首先在保护光电转换膜的情况下把玻璃衬底磨薄至1 0 一2 0um ，然后连同光电转换膜一起全部切成微米大小的小片，将所有小片单层地包埋在金属铜中，数以万计的小片中有许多小片在金属铜包埋时取垂直位置方向，最后通过磨抛和离子薄化仪把包埋后蠹勺试样减薄到电子柬可以穿透的薄度。由于每一小片几乎都有光电转换膜，小片包埋在金祸铜中后，光电转换膜受到了铜的保护( 图2 ) ，因此把光电转换膜制备成透射电镜样品的成功率和效率提高了成千上万倍。图1薄膜样传统制样方法示意图神釉拳煎熊，日谭t d 棚图2 薄膜样金属包埋法制样示意凰2 0 0 5 年( 第四届) 中重纳米科技西安研讨会论文集 2 日惦t h e4 ”a 岫S y 卫叩髑蛔mo uN m a o 酗t e u e e & 1 n e 酬。盯2 光电转换膜的微观结构本文所研究的太阳能电池光电转换膜是一种以玻璃为衬底的S i S n 0 2 系光电转换膜。膜的络构为：玻璃衬底一S i S i + S n 0 2 S n 0 2 一S n 0 2 + S i S i 。透射电镜下玻璃衬底一侧的结构如图3 所示。图3 玻璃为对底的S i S n 0 2 系光电转换膜的结构( R H E M )S i 层约t 5 0 n m ，过渡层约2 0 n m ，S n 0 2 层约4 0 0 n m 。S i 层晶化不完全，为晶态和非晶态的混合结构( 图4 ) 。图4 晶化不完全的S i 层的微观结构( H R E M )图5S n 0 2 层$ 的晶界( H R E M )S n 0 2 层为多晶区，其结构较复杂，在透射电镜下很容易观察到晶界( 图5 ) 。有的局部可以观察到挛晶( 图6 ) 。有的局部有严重的晶格扭曲现象( 图7 ) 。少数区域出现了纳米晶，纳米晶的大小约5 n m ( 图8 ) 。能谱检测结果说明过渡层同时存在S i 、S n 和0 原子，S i 层和S n 0 2 层均比较纯净，未发现玻璃衬底和邻层的污染( 图9 ) 。图6S n 0 2 层中的孪晶( H R E M )图7S n 0 2 层的晶格扭曲现象( H R E M )矽是瓞豹登一一一4 7 2 0 0 5 年( 第四眉) 中田纳米科技西安研讨会论文集2 0 0 5t h e4 mC h h t e s eS y m q p e s l t a n 幢N R m c i e n e e & T e c h n o l o g y雹一II II 瞄图8S n 0 2 层中的蚋米晶棚黜图9S n 0 2 层的能谱图S i S n 0 2 光电转换膜的光电转化效率萄达1 0 以上。S i S n O ：系太阳能电池的光电转化效攀与微观结构的关系有特进一步深入研究。3 结论1 ) 用金属包埋法可以成功地把多层膜制成观察层间结构的透射电铡样品。2 ) 用高分辨电镜揭示了S oS n C h 光电转换膜的微观结构。，3 ) 太阳能电池S i S n 0 2 系的光电转化效率与微观结构的关系有待系统、深入地研究。S t u d yO I lM i c r o s t r u c t u r eo fS o l a rE a e r g yB a t t e r yP h o t o e l e c t r i c C o n v e r s i o nF i l m 切潮嘲、F a n g 致啦J i nJ i a m i n gW a n gG 1 姻她( U n i v e r s i t y0 | I 繇脚a n dT e c h n o l o g y ，罄蛹她1 0 C 嘲3C h i n a )A b s t r a c t ：A wt e c h n o l o g yo fn l l j l 她f i l m 缀m u l t il a y e rf i l m si n t o 钐蜘t h a tc a nb eo b s e r v e d 姊删i sp r e s e n t e di nt h i sp a l m M 蛔渊呻c t I 移醒蛙沁S i - S n 0 2 曲幽则群嘛c o n v e r s i o nf i l 撒蠖9 a 畦b a t t e r yw a ss t u d i e db y 间照M K e yw o r d s ：S o l a re n e r g yb | 曲e 影；，P h o t a e l e c 蛾cc o n v e r s i o nt f l m ；M i c r o s W。4 8 一触p 拳煎放，N 目4 l a 口n m 埘