太陽能電池用多晶硅薄膜的制備研究.pdf

1、近年來，隨著可持續(xù)發(fā)展，環(huán)境保護等觀念的深入人心，以及常規(guī)化石能源的日漸枯竭，太陽電池研究的主要任務轉到了如何成為替代能源的方向上來。但是，基于硅片的太陽電池成本下降的空間有限，很難與常規(guī)能源相競爭。硅片成本占到太陽電池原料與能耗成本的95％以上，因此，降低太陽電池成本的主要途徑之一是制造薄膜電池。本文著重研究用于太陽電池的多晶硅薄膜的制備技術。本文研究了多晶硅薄膜的制備方法，低溫下快速光熱退火(RPTA)和高溫下陶瓷襯底上快熱化學氣相

2、沉積(RTCVD)，硅膜的生長及區(qū)熔再結晶(ZMR),用高溫方式在陶瓷襯底上做了太陽電池的嘗試，在高溫方式下做了層轉移新方式的探索。 1.等離子增強化學氣相沉積(PECVD)是低溫沉積硅膜的主要方法。本文的第二章中對PECVD沉積多晶硅薄膜做了研究。分析了不同沉積溫度、襯底、射頻功率、氫稀釋比、磷摻雜等參數(shù)對多晶硅薄膜結晶狀態(tài)及光電性能的影響。 2.固相晶化法〔SPC)是制備大晶粒多晶硅薄膜的主要方法。本文的第三章對SP

3、C，特別是對鹵鎢燈作為光源的快速光熱退火(RPTA)進行了較為詳細的研究。在普通的RPTA溫度控制方式下，實驗表明在700℃和750℃之間存在一轉折區(qū)間，本文給出了解釋。退火溫度時間對晶化后的多晶硅薄膜的晶粒尺寸和暗電導率都有很大的影響，存在a-Si:H 薄膜的最佳退火條件，本文給出了解釋。沉積a-Si:H 薄膜時的襯底溫度越高，得到的a-Si:H 薄膜越容易晶化。對快速熱退火機理的初步探索:作者在純熱退火的模型的基礎上，考慮了光照的影

4、I響，給出了一個簡單模型，可以趨勢上解釋我們的實驗現(xiàn)象。采用濾除短波光的方法實驗，表明短波光作用很大。實驗了脈沖快速熱退火，可減少襯底承受高溫的時間。采用了控制鹵鎢燈發(fā)光光譜范圍的新實驗方式，給予足夠多的短波光，晶化時間縮短，晶化溫度也有所降低，電導率提高。即使薄膜的溫度較低(<650℃)仍然可以實現(xiàn)快速晶化，本征硅膜在580℃就能晶化。和普通RPTA方式相比，晶化效率提高了幾倍，本文給出的原因分析。本文通過給出了不同光照條件下的快速晶

5、化溫度。 3.RTCVD是高溫沉積硅膜的主要方法，本文第四章對RTCVD沉積硅薄膜做了一定的研究，分析了硅薄膜生長原理和規(guī)律、襯底特性等。對不同襯底、不同氣體分壓、不同溫度等條件做了實驗研究，對硅膜采用XRD,霍耳(Ha11)遷移率，SEM，電導率等表征，表明對于要進行ZMR的硅膜可采用快速生長方法減小襯底對薄膜的影響；合適的襯底上可以實現(xiàn)島狀生長得到幾微米(μm)的較大晶粒；找出了合適的用RTCVD高質量外延生長硅膜的工藝條件

6、，為后續(xù)實驗打好基礎。 4.ZMR是得到高質量硅膜的關鍵一步。第五章用ZMR擴大晶粒，得到硅籽晶犀，對ZMR設備進行了修復和改進，對ZMR原理和缺陷產(chǎn)生機理做了分析。摸索出了較優(yōu)的ZMR工藝參數(shù)。 5.在一些陶瓷襯底上作了制備晶硅薄膜太陽電池的嘗試。其中A1N陶瓷襯底上的太陽電池未見報道，SiSiC、A1203陶瓷襯底上的太陽電池制備是國內首次嘗試。由于襯底是不導電的，采用掩膜方法在一面引出電極，得到了有一定效率的電池。

7、 6.第六章試圖探索一種新的可以使襯底重復使用的層轉移技術，目的是突破耐高溫襯底+阻擋層+RTCVD+ZMR的工藝路線的瓶頸。提出了一套綜合多種工藝優(yōu)點的電池制備新路線，為低成本制造太陽電池指明了一條值的研究的方向。指出了分離層材料和包覆阻擋層材料選擇的原則。從大量其它學科的文獻和手冊中找到了一些有用的線索，給出了幾個較優(yōu)的材料組合，這說明作者提出的新路線完全有可能實現(xiàn)。作者提出了在有液態(tài)層存在的條件下沉積薄膜的方法，并作了最初