非晶硅薄膜太陽能電池的新工藝及理論模擬.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、論文對非晶硅太陽能薄膜的原理和工藝進行了深入分析和討論,優(yōu)化了一個最適合投入批量生產(chǎn)的工藝。因為非晶硅薄膜的質(zhì)量與材料、結(jié)構(gòu)工藝設(shè)備有關(guān),希望通過本論文的系統(tǒng)研究,從材料、結(jié)構(gòu)的改變和工藝水平提高的角度增強非晶硅太陽能電池的競爭力?!疤柲軜O具吸引力,原因是太陽光用之不竭,一旦擁有設(shè)備,我們就可以源源不斷得到免費的能源?!睂μ栯姵氐拈_發(fā)和利用,目前是世界各國研究的重點,尤其在如今進入能源短缺的年代,制造太陽電池的材料、結(jié)構(gòu)及工藝有多種

2、。其主要有單晶硅、多晶硅和非晶硅薄膜和多晶硅薄膜,論文在分析和比較了其他幾種太陽電池的材料、結(jié)構(gòu)和工藝特性的基礎(chǔ)上,提出了一個新的太陽能電池制作工藝。 太陽能電池在非晶硅上取得令人鼓舞的結(jié)果,但由于缺陷的存在使得人們不斷探索新的工藝和其他薄膜電池,例如硒化銅(CdInSe2)或砷化稼(GaAs)等。盡管這些材料在太陽能電池的性能上有較滿意的表現(xiàn),但這些材料大都含有毒物質(zhì),并且非常稀少,因而限制它們的全球應(yīng)用。也有人用有機材料,但

3、它的轉(zhuǎn)化效率非常低并且穩(wěn)定性差。西門子宣布可以把這種電池的轉(zhuǎn)換效率從通常的3%提升到5%,但從總體上看,目前全球大約90%的薄膜太陽電池的生產(chǎn)仍是基于氫化非晶硅(a-SI:H)的技術(shù)。本文基于非晶硅薄膜制造,其原因如下:非晶硅薄膜太陽能電池現(xiàn)在在光電市場越來越重要,在過去十年非晶硅薄膜太陽能電池義已經(jīng)實現(xiàn)了超過13%的轉(zhuǎn)換效率,如今利用各種結(jié)構(gòu)可以有更高的轉(zhuǎn)換效率。非晶硅薄膜比單晶硅的轉(zhuǎn)換效率多40倍,薄膜厚度僅需要1微米便可吸收約90

4、%的可用光能量。在與單晶硅和多晶硅太陽電池相比,非晶硅薄膜電池的光電成本非常低。非晶硅可以淀積在塑料、玻璃和金屬上,使非晶硅是理想的構(gòu)造PV產(chǎn)品并且容易實現(xiàn)大面積化。非晶硅對太陽光有很高的吸收系數(shù),并產(chǎn)生最佳的光電導(dǎo)值,很容易實現(xiàn)高濃度可控摻雜,可以在很寬的組分范,圍控制它的能隙變化,形成異質(zhì)結(jié),并有十分低的界面態(tài)。非晶硅沉積溫度低,薄膜制作的工藝簡單,僅通過各種氣體源就可一次性連續(xù)完成復(fù)雜器件的制作,所以成本低易于實現(xiàn)大生產(chǎn)。

5、 本文主要探索了一種新的非晶硅薄膜電池結(jié)構(gòu)DPIN,即對稱PIN結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)非晶硅薄膜電池制造工藝簡單,成本較低并且巧妙采用新對稱工藝(注意不需要高溫沉積)使電池效率達到11%以上,并且電池的穩(wěn)定性較好。論文對其結(jié)構(gòu)進行了模型設(shè)計模擬和分析,建立了一套最優(yōu)化的工藝參數(shù),并結(jié)合目前成熟的等離子體增強化學(xué)氣相沉積法(Plasma-enhancedChemicalVaporDeposition,簡稱PECVD)、熱絲化學(xué)氣相法(HW-CVD)

6、和微波電子回旋共振化學(xué)氣相沉積,設(shè)計出一套對稱LPECVD化學(xué)氣相沉積工藝,從理論上分析了淀積的原理,推導(dǎo)出最佳的工藝參數(shù)。該工藝有較大的淀積率,用SiH4制備I層的淀積率達到1(A)/s,理論上用B2H6/SilL,氣體可以均勻制備P層,用PH3+SiH4制備N層。利用對稱流量控制和PID控制,能夠得到片內(nèi)和片間較均勻的薄膜。分析了非晶硅太陽電池的模型,進行了對稱結(jié)構(gòu)電池的模擬驗證,證實了其優(yōu)越性。并制作了雙層結(jié)構(gòu)的薄膜電池,測試結(jié)果

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