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文檔簡介
1、在硅基薄膜太陽電池中,非晶硅/微晶硅疊層太陽電池代表了新一代低成本太陽電池的發(fā)展方向。為了進一步降低太陽電池成本,加快非晶/微晶硅疊層太陽電池的產業(yè)化進程,需要提高薄膜電池的沉積速率與轉換效率。本論文針對上述目的,主要進行了以下三個方面的研究。
首先,采用VHF-PECVD技術實現(xiàn)非晶硅薄膜的高速沉積。詳細研究了高速沉積非晶硅薄膜時,電極間距與沉積氣壓對于沉積速率的影響,結果表明:增加氣壓能夠實現(xiàn)薄膜的高速沉積,在每一個沉
2、積氣壓下,將存在一個最佳的電極間距,壓力越大,所需要的電極間距越小,在沉積氣壓和電極間距達最佳匹配后,沉積速率隨沉積壓力基本呈線性增加;同時,高速沉積薄膜時,必須保證反應氣體在腔室中維持一定的滯留時間。在沉積條件處于靠近非晶/微晶過渡區(qū)非晶一側時,才有利于器件質量高速非晶硅材料的獲得。最后,在沉積氣壓為1.5Torr,電極間距為16mm,輝光功率為24W時獲得了沉積速率為15.5A/s的器件質量的非晶硅薄膜材料,其光敏性為2.1E6,激
3、活能Ea為0.83eV,CPM測試獲得的次帶吸收系數α(0.8)為1/cm左右,帶隙寬度Eg為1.7eV;
其次,研究了p型摻雜材料、p/i界面buffer層及n型摻雜材料對于提高非晶硅電池性能的影響。提出不含碳p-proto-Si:H并成功應用到電池中,解決了含碳的p型摻雜層中碳的擴善對本征層造成的污染問題,提高了電池的穩(wěn)定性。p-proto-Si:H處于非晶/微晶過渡區(qū)非晶一側,晶化率為20%左右,晶粒尺寸只有2.3n
4、m,暗電導率為8E-5S/cm,激活能為O.14eV,具有較大的光學帶隙;在p/i界面引入一buffer層,通過控制buffer層厚度和硅烷濃度,初步獲得的電池效率達8.65%(Voc=0.89V,Jsc=12.9mA/cm2,F(xiàn)F=0.753);通過調節(jié)n型摻雜層地沉積參數,獲得了具有寬帶隙、高電導率的n-no-Si:H,其處于非晶/微晶過渡區(qū)微晶一側,晶化率在20%左右,晶粒尺寸為2.6nm,帶隙寬度為2.05eV,電導率為2.6S
5、/cm,電導激活能為0.028eV。最后,以n-nc-Si:H為n型摻雜層,p-proto-Si:H作為窗口層的高速非晶硅頂電池獲得的效率達9.37%(Voc=0.945 V,Jsc=14.2mLA/cm2,F(xiàn)F=0.7)。
再次,對于非晶硅/微晶硅疊層電池中的n/p隧穿結,引入了雙n層和n/p界面氧化處理的方法。雙n層結構中n-a-Si:H的加入,一方面有效解決了頂電池的漏電現(xiàn)象;另一方面,一定程度上解決了頂電池的非晶硅
6、本征層和n-nc-Si:H之間的能帶失配問題,在n-a-Si:H厚度為6nm時,疊層電池的Voc達到了1.33V,F(xiàn)F增大到0.63;此外,對n/p界面的氧化處理使形成了高缺陷態(tài)密度的界面層,增加了項、底電池之間遂穿結處載流子的復合幾率,一定程度上也改善了疊層電池的性能,其中Voc從1.33V增大到1.35V,F(xiàn)F從0.63增大到0.65。通過改變單元電池本征層的厚度,借助于頂、底電池的QE測試,實現(xiàn)了頂、底電池的電流匹配。在頂電池厚度
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