非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池的新工藝及理論模擬.pdf

1、論文對(duì)非晶硅太陽(yáng)能薄膜的原理和工藝進(jìn)行了深入分析和討論，優(yōu)化了一個(gè)最適合投入批量生產(chǎn)的工藝。因?yàn)榉蔷Ч璞∧さ馁|(zhì)量與材料、結(jié)構(gòu)工藝設(shè)備有關(guān)，希望通過(guò)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(qiáng)非晶硅太陽(yáng)能電池的競(jìng)爭(zhēng)力?！疤?yáng)能極具吸引力，原因是太陽(yáng)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(fèi)的能源。”對(duì)太陽(yáng)電池的開發(fā)和利用，目前是世界各國(guó)研究的重點(diǎn)，尤其在如今進(jìn)入能源短缺的年代，制造太陽(yáng)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(yáng)電池的材料、結(jié)構(gòu)和工藝特性的基礎(chǔ)上，提出了一個(gè)新的太陽(yáng)能電池制作工藝。 太陽(yáng)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(yáng)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(jī)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(yáng)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(yáng)能電池現(xiàn)在在光電市場(chǎng)越來(lái)越重要，在過(guò)去十年非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池義已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了超過(guò)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(yáng)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(shí)現(xiàn)大面積化。非晶硅對(duì)太陽(yáng)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(shí)現(xiàn)高濃度可控?fù)诫s，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(jiǎn)單，僅通過(guò)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(shí)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(duì)稱PIN結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)非晶硅薄膜電池制造工藝簡(jiǎn)單，成本較低并且巧妙采用新對(duì)稱工藝(注意不需要高溫沉積)使電池效率達(dá)到11％以上，并且電池的穩(wěn)定性較好。論文對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了模型設(shè)計(jì)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(qiáng)化學(xué)氣相沉積法(Plasma-enhancedChemicalVaporDeposition，簡(jiǎn)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(jì)出一套對(duì)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(dá)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(duì)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(yáng)電池的模型，進(jìn)行了對(duì)稱結(jié)構(gòu)電池的模擬驗(yàn)證，證實(shí)了其優(yōu)越性。并制作了雙層結(jié)構(gòu)的薄膜電池，測(cè)試結(jié)果