高速沉積非晶硅頂電池及在非晶-微晶硅疊層電池中的應用.pdf

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