非晶硅太陽電池的制備及微晶硅電池的數(shù)值模擬.pdf

1、近年來，由于常規(guī)能源的大量使用所導(dǎo)致的氣候變暖和生態(tài)惡化等問題變得越來越嚴(yán)重。因此清潔、無污染、可重復(fù)利用的新能源越來越引起人們的重視。由于太陽能具有無污染、低成本、不受場地限制等優(yōu)點(diǎn)，在核能、風(fēng)能等新能源中極具前景。硅薄膜太陽電池相對晶硅電池而言，具有制備工藝簡單，制備溫度低，耗材少，能沉積在廉價(jià)的襯底上等特點(diǎn)，已成為人們研究的熱點(diǎn)。
　　 本論文以硅薄膜太陽電池為研究的重點(diǎn)。論文內(nèi)容分為兩部分：首先采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉

2、積(PECVD)的方法制備了非晶硅薄膜和單結(jié)非晶硅電池；其次用美國賓州大學(xué)開發(fā)的太陽電池模擬軟件AMPS-1D(AnalysisofMicroelectronicandPhotonicStructures)模擬了微晶硅電池的性能。
　　 使用等離子增強(qiáng)化學(xué)沉積設(shè)備(PECVD)在不同襯底上(石英、硅片)制備了硅薄膜。通過測試硅薄膜的透射譜、拉曼譜和傅里葉紅外吸收譜，分析了沉積條件與硅薄膜沉積速率和光學(xué)帶隙大小之間的關(guān)系。硅烷流量

3、和沉積壓強(qiáng)決定了硅薄膜光學(xué)帶隙的大?。粴錃饬髁繉杌∧げ牧系墓鈱W(xué)帶隙影響次之；沉積功率和沉積溫度對硅薄膜光學(xué)帶隙的影響相對其它三個(gè)沉積條件來說較弱。硅烷流量對材料沉積速率的影響起到主要作用；沉積壓強(qiáng)對材料沉積速率的影響居于次要位置；沉積功率和沉積溫度對非晶硅薄膜沉積速率的影響較小；對材料沉積速率影響最小的是氫氣流量。非晶硅電池窗口層光學(xué)帶隙的大小影響著電池的性能。非晶硅電池窗口層光學(xué)帶隙的增加可以促進(jìn)本征層中光生載流子的產(chǎn)生和提高非晶

4、硅電池的開路電壓。通過改變P層的沉積壓強(qiáng)和沉積溫度，以便于制備出寬光學(xué)帶隙的P層。非晶硅電池的PIN三層的光學(xué)帶隙的不連續(xù)，導(dǎo)致在P＼I界面和I＼N界面分別形成了能帶不連續(xù)，導(dǎo)致了光生載流子在界面的復(fù)合和降低了本征層中電場的強(qiáng)度。非晶硅電池界面通過引入漸變層來改善P＼I界面和I＼N界面。非晶硅電池漸變層厚度對電池性能也是一個(gè)重要的影響因素，因而對其進(jìn)行了研究和討論。通過優(yōu)化P＼I界面和I＼N界面制備得到非晶硅電池，Voc、FF分別是92

5、3mV、66.7％，非晶硅電池的效率是6.47％。通過優(yōu)化窗口層的摻雜濃度制備出了轉(zhuǎn)換效率為7.1％的非晶硅電池，其性能參數(shù)Voc、FF、Jsc分別是917mV、69.9％、11.08mA/cm2。
　　 運(yùn)用美國賓州大學(xué)開發(fā)的太陽電池模擬軟件AMPS-1D對微晶硅太陽電池進(jìn)行了模擬計(jì)算，微晶硅電池結(jié)構(gòu)為Glass/TCO/p/i/n/Al。重點(diǎn)研究了窗口層厚度、前端接觸勢壘等因素對微晶硅pin太陽電池內(nèi)建電勢和p層勢壘的影響，