非晶硅微晶硅疊層電池中P型微晶硅材料及前后界面的研究

《非晶硅微晶硅疊層電池中P型微晶硅材料及前后界面的研究》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。

1、摘要摘要硅薄膜材料和電池研究已經(jīng)成為熱點(diǎn)，開發(fā)低價(jià)、穩(wěn)定和高效率的太陽電池是光伏研究的目標(biāo)。微晶硅薄膜電池克服了非品硅薄膜電池光致不穩(wěn)定的缺點(diǎn)，而且與非晶硅電池組成疊層電池．既能進(jìn)一步拓展光譜響應(yīng)范圍，提高電池效率和穩(wěn)定性，又能更進(jìn)一步降低成本。本文敘述了采用VHF—PEcvD技術(shù)，制備P型微晶硅(uc—si：H)薄膜材料及其在微品硅太陽電池上的應(yīng)用，并就非晶硅／微晶硅疊層太陽電池進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。主要做了以下幾方面的工作：1．P型微晶硅材料特性和沉積工藝的研究隨著氫稀釋率的提高，材料從非品向微晶轉(zhuǎn)變；提高VHF功率，也可使材料晶化率增加；適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)氣壓既可

2、提高薄膜的均勻性，又可改善薄膜的電學(xué)特眭；硼摻雜可以提高材料的電導(dǎo)率，另一方面，硼又有抑制材料品化作用。采用光發(fā)刳譜技術(shù)(opt{calemiss{0nspectra，0Es)研究p型微晶硅材料的生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)過程。提高氫稀釋和等離子體功率都可以使等離子體中原子氫的含量增加，S州+的含量減小，siH+和原子氫的比值也減小，獲得的材料品化率得到提高：提高反應(yīng)氣壓，等離子體中原子氫、siH+的含量，以及siHl和原子氫的比值都減小，獲得的材料電導(dǎo)率先增大后減小；硼摻雜對(duì)等離子體影響是，隨著硼摻雜濃度的提高，等離子體中si曠和原予氫的比值減小，但是由丁硼抑制品化的作

3、用，材料品化率隨硼摻雜濃度的提高而減小。采用雙層結(jié)構(gòu)的p—ucsi：H，首次系統(tǒng)研究了分別調(diào)控兩層的晶化率、摻雜濃度與厚度，來達(dá)到品化和摻雜效果分別完成、最終合成～致達(dá)到高電導(dǎo)、適當(dāng)晶化率同時(shí)得以滿足的p—uc—si：H，為隨后微晶硅有源層的生長(zhǎng)提供良好晶化基礎(chǔ)。通過這種方}上，在厚度小于30nm情況下，電導(dǎo)率大于10?s／cm，光學(xué)帶隙大于2．OeV，激活能小于O．06eV，可見光區(qū)透過牢大于80％。pucsi：H的晶化率從～20％提高到～j0％，并H可以通過第一、二層的凋制，滴節(jié)薄膜晶化率。2．從器件的角度，進(jìn)一步研究了P型微晶硅材料特性及其前后界面對(duì)

4、微晶硅太陽電池的影響微晶硅I層是在作為窗口層的P層上沉積的．p—uc—si：H的晶化率對(duì)微晶硅I層生長(zhǎng)起始階段非晶孵化層有很大影響。采用雙層結(jié)構(gòu)的p—ucsi：I{層，微品硅I層的非晶孵化層厚度減小，P／I界面得到改善。摘要采用Raman譜技術(shù)，首次觀察到p—ucSi：H層的微結(jié)構(gòu)對(duì)在其上沉積的微品硅I層結(jié)構(gòu)沒有影響，主要影響的是微晶硅電池的P／I界面結(jié)構(gòu)和特性。首次提出對(duì)P／I界面進(jìn)行20秒氫處理，可以改善界面特性，電池的短路電流密度和填充因子都可獲得大幅提高。還研究了znO／P界面對(duì)微晶硅電池性能的影響，沉積p—uc—s：H層之前先對(duì)zno表面進(jìn)行20

5、秒氫處理，可阻降低znO的方塊電阻。氫等離子處理之后，保持輝光連續(xù)，加入硅烷、硼烷等反應(yīng)氣體沉積雙層結(jié)構(gòu)p—pc—s：H層，這樣可以改善znO和D一Ⅱc—Si：H層之間的接觸特性。首次采用光發(fā)射譜(0盼)技術(shù)，研究這個(gè)過程中等離子體發(fā)光峰的變化，經(jīng)過30秒的不穩(wěn)定期后，等離子體達(dá)到穩(wěn)定，siH+和原了氫比值在o．75左右；同時(shí)發(fā)現(xiàn)絕緣襯底和導(dǎo)電襯底對(duì)等離子體狀態(tài)有不同的影響，從而導(dǎo)致了在它們上面沉積的材料結(jié)構(gòu)和特性不同。經(jīng)過系列優(yōu)化研究，采用MocvD技術(shù)制備的znO背反射層與Ag／Al金屬背電板形成復(fù)合背反射電極，微晶硅薄膜太陽電池的轉(zhuǎn)換效率進(jìn)一步得到了

6、提高，達(dá)到了9．1996(voc—O．55v，Jsc=26．53mA／cm2，F(xiàn)F-06296)。3．非晶硅／微晶硅疊層電池中NP隧穿結(jié)特性的研究在非品硅／微晶硅疊層太陽電池中，實(shí)現(xiàn)歐姆接觸的頂電池N層和底電池P層都是微晶硅，形成NP隧穿結(jié)。調(diào)整它們的厚度可以改善NP隧穿結(jié)特性。通過實(shí)驗(yàn)確定了，非晶硅頂電池的N層厚度約25nm，微晶硅底電池的P層厚度約27nm時(shí)，非晶硅／微晶硅疊層太陽電池的效率最大。對(duì)NP界面進(jìn)行20秒的氫處理，氫等離子處理之后，保持輝光連續(xù)。加入硅烷等氣體，沉積后續(xù)層，可以提高電池效率。4．非晶硅／微晶硅疊層太陽電池電流匹配的研究對(duì)于非

7、晶硅／微晶硅薄膜疊層電池來說，電流匹配豐要是電池吸收層厚度的匹配。通過研究，初步確定了非晶硅頂電池的厚度為250nm，微晶硅底電池的厚度2800nm，頂電池的N層采用非晶干¨微晶硅雙層結(jié)構(gòu)(改善NP結(jié)隧穿特性，同時(shí)小影響非晶硅頂電池)。采用znO背反射層，小面積非晶硅／微晶硅疊層太陽電池的效率為11．37％，(voc=1．38v，Jsc=1263IILA／cm2，F(xiàn)F=O．6502)；10xlOcm2非晶硅／微晶硅疊層組件的效率為9．72％(Voc=13．36v，Jsc=10．29iIlA／cm2，F(xiàn)F=0．7073)。關(guān)鍵詞：VHF—PECVD，P型微晶

8、硅，微晶硅電池，界面，非晶硅／微晶硅疊層AbstractABSTR