顆粒硅帶襯底上多晶硅薄膜太陽(yáng)電池工藝研究

《顆粒硅帶襯底上多晶硅薄膜太陽(yáng)電池工藝研究》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫(kù)。

1、摘要顆粒硅帶襯底上多晶硅薄膜太陽(yáng)電池工藝研究在國(guó)內(nèi)首次采用顆粒硅帶制備技術(shù)和快速熱化學(xué)沉積技術(shù)，進(jìn)行低成本顆粒硅帶襯底上多晶硅薄膜電池研究。采用高溫路線下，以SSP(Siliconsheetsfrompowder)硅帶為襯底，開展SSP硅帶直接外延多晶硅薄膜電池和SSP硅帶隔離層上多晶硅薄膜太陽(yáng)電池的有關(guān)工藝、相關(guān)理論的研究。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下：首先采用SSP品化生長(zhǎng)技術(shù)制備了SSP硅帶?？疾炝司ЩL(zhǎng)速度對(duì)顆粒硅帶表面質(zhì)量的影響，確定晶化生長(zhǎng)的最佳速度30—50mm／min。采用電子純和uMG硅粉制備了不同的SSP硅帶，并以四探針測(cè)試儀、SEM、XRD和表面粗糙度測(cè)試等

2、方法對(duì)顆粒硅帶的結(jié)構(gòu)和電學(xué)等特性進(jìn)行了分析。電子級(jí)硅帶的表面比較平滑，平均粗糙度低于UMG硅帶；在熔化過(guò)程中，電子級(jí)硅帶極少出現(xiàn)熔融硅的小丘，麗冶金級(jí)硅帶則容易出現(xiàn)，而且出現(xiàn)雜質(zhì)偏析現(xiàn)象，容易在雜質(zhì)析出處發(fā)生斷裂。電子級(jí)硅帶和冶金級(jí)硅帶的表面擇優(yōu)取向是不同的，電子級(jí)表面擇優(yōu)為[400]，冶金級(jí)表明擇優(yōu)為[111]。進(jìn)一步對(duì)顆粒硅帶的制備工藝進(jìn)行了新的嘗試。結(jié)果表明SSP硅帶的表面質(zhì)量得到了顯著的改善，硅帶表面非常平滑、表面粗糙度小，其TIR值在4微米左右，晶粒尺寸有所增大。以SSP硅帶為襯底進(jìn)行多晶硅薄膜的沉積。對(duì)溫度與沉積速率、晶粒尺寸大小關(guān)系及沉積速率與襯底不同位置關(guān)系進(jìn)

3、行了討論。選取典型的工藝進(jìn)行多晶硅薄膜的外延生長(zhǎng)，并對(duì)外延生長(zhǎng)的多晶硅薄膜的微觀結(jié)構(gòu)作了分析。結(jié)果表明：多晶硅薄膜沉積速率、薄膜晶粒大小隨著溫度的升高而增加。在1050℃達(dá)到最大：隨著溫度繼續(xù)升高，沉積速率有所下降，并對(duì)高溫不敏感：l1709C是適合的多晶硅薄膜外延生長(zhǎng)溫度。多晶硅薄膜生長(zhǎng)具有[220]擇優(yōu)方向，在外延生長(zhǎng)的工藝條件下，多晶硅薄膜具有四面體結(jié)構(gòu)的錐形晶粒結(jié)構(gòu)，有少量的多面體孿晶晶粒。SSP硅帶襯底上制備的多晶硅薄膜的晶粒尺寸大約在10—150um之間，平均晶粒尺寸在50pm左右。設(shè)計(jì)出SSP硅帶襯底上直接外延多晶硅薄膜電池的結(jié)構(gòu)和工藝流程；采用RTCVD法及標(biāo)

4、準(zhǔn)的電池工藝在SSP硅帶襯底上制備外延多晶硅薄膜電池。對(duì)SSP襯底上多晶硅薄膜電池結(jié)果和電學(xué)性能進(jìn)行了詳細(xì)的分析和討論：結(jié)果表摘要明：最好的外延多晶硅薄膜電池的轉(zhuǎn)化效率為7．4％，開路電壓488mV；薄膜電池具有較高的102和K。載流子收集率在長(zhǎng)波方向比較低，量子效率隨著波長(zhǎng)增大而降低，量子效率最大值在500nm左右。在整個(gè)電池表面，少數(shù)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度分布是很不均勻的。載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度最大值為25um，最好性能電池的載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度的平均值大約介于15um-20lam。擴(kuò)展電阻測(cè)量結(jié)果表明B摻雜濃度1×10”at／cm3數(shù)量級(jí)，對(duì)應(yīng)的電阻率在112cm左右，正是制備光學(xué)活性外延層

5、適宜的摻雜濃度。以SECC0腐蝕液結(jié)合金相顯微鏡、SEM、EDX等觀察和分析了SSP硅帶襯底上外延硅薄膜電池中的缺陷形態(tài)和性質(zhì)。結(jié)果表明：SSP村底中的缺陷(晶界、沉淀物等)對(duì)多晶硅薄膜電池晶體質(zhì)量有重要的影響。外延薄膜中的大多數(shù)的沉淀物聚集在孿晶界、品界等缺陷處，有些沉淀物是由于一些雜質(zhì)原子造成的，這些雜質(zhì)原子成為靠近電池表面的沉淀物的成核中心。首次對(duì)直接外延多晶硅薄膜電池的EBIC特性進(jìn)行了分析，特別是對(duì)晶粒間界的少數(shù)載流子復(fù)合行為進(jìn)行了定性的描述。多晶硅薄膜電池表面的晶粒間界對(duì)表面的復(fù)合起了一定的作用，在小晶粒集中區(qū)域復(fù)合較強(qiáng)。薄膜電池橫截面的EBIC特性表明在垂直于表

6、面的晶粒間界上分別發(fā)生了強(qiáng)、弱復(fù)合．與晶粒間界處強(qiáng)的復(fù)合行為相比，晶粒內(nèi)部沒有或僅有比較弱的復(fù)合發(fā)生。由于受到H鈍化靠近電池表面處的晶粒間界和晶粒內(nèi)部復(fù)合行為都得到減弱，并且少數(shù)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度也隨深度的增加而降低。EBIC照片還表明在大的沉淀物地方也發(fā)生了明顯的復(fù)合，這些沉淀物是伴隨著外延層的生長(zhǎng)而形成的。在國(guó)內(nèi)首次開展SSP隔離層上多晶硅薄膜電池制備研究。在SSP硅帶上制備Si02隔離層，經(jīng)激光開口后，在隔離層上沉積多晶硅薄膜籽晶層；并以ZMR將帶有蓋帽層的多晶硅薄膜進(jìn)行區(qū)融、再結(jié)晶，然后再沉積多晶硅薄膜，最后進(jìn)行電池工藝過(guò)程。結(jié)果表明：ZMR對(duì)籽晶層的區(qū)融、結(jié)晶效果比較理

7、想，晶粒尺寸增大到厘米級(jí)長(zhǎng)、毫米級(jí)寬，但是有較多的亞晶界；經(jīng)過(guò)晶硅薄膜沉積后，開口隔離層的孔洞未完全被多晶硅層覆蓋??；電池的光特性參數(shù)v。、I；。、FF都比較低，電池的最高轉(zhuǎn)換效率為3．82％。分析了實(shí)驗(yàn)中可能造成的SSP隔離層上多晶硅薄膜電池性能不高的因素，并指出了工藝改進(jìn)措施。關(guān)鍵詞；SSP硅帶；多晶硅薄膜電池；隔離層；沉積；襯底AbstractPolycrystalfineSiliconThinFilmSolarCellsonSSPSubstratesABSTRACTPolycrystalline