低成本顆粒硅帶上薄膜太陽電池關(guān)鍵技術(shù)的研究.pdf

1、效率與成本問題一直是制約太陽電池大規(guī)模應(yīng)用的瓶頸。為有效降低太陽電池成本，當(dāng)前的研究工作主要集中在兩個(gè)方面。一方面是優(yōu)化器件結(jié)構(gòu)；另一方面是降低材料成本。晶體硅薄膜太陽電池可將以硅片為基礎(chǔ)的晶硅電池的工藝優(yōu)點(diǎn)與成本降低有效的結(jié)合起來，因此成為高效、價(jià)廉、高穩(wěn)定性太陽電池發(fā)展的主要方向之一。當(dāng)晶硅薄膜電池襯底材料的成本和薄膜沉積工藝的成本低于體硅電池的成本時(shí)，它才能成為經(jīng)濟(jì)上可行的能源供給方式。目前，國內(nèi)外還沒有建立成熟的晶硅薄膜太陽電池

2、襯底及器件的工藝技術(shù)。 論文就此問題，以獲得高材料性能和更低工藝成本為目標(biāo)，提出在廉價(jià)的顆粒硅帶襯底上制備晶硅薄膜太陽電池的技術(shù)路線。通過顆粒硅帶上襯底材料制備、低成本襯底上的薄膜沉積工藝以及器件性能的系統(tǒng)研究，確立顆粒硅帶及優(yōu)質(zhì)硅薄膜的優(yōu)化制備工藝條件，建立低成本晶硅薄膜太陽電池關(guān)鍵工藝技術(shù)，設(shè)計(jì)并制備了工藝簡單、器件性能穩(wěn)定的晶硅薄膜太陽電池。本論文主要研究內(nèi)容及結(jié)果可概述如下。 1．首先，綜述了晶硅薄膜太陽電池的產(chǎn)

3、業(yè)化及研究狀況；結(jié)合本文研究內(nèi)容，以能帶論為依據(jù)著重闡述硅薄膜太陽電池光電轉(zhuǎn)換相關(guān)的晶態(tài)、非晶態(tài)硅材料基本理論與實(shí)驗(yàn)方法，主要包括半導(dǎo)體硅材料光學(xué)性質(zhì)、電輸運(yùn)、晶界電特性、雜質(zhì)的工藝與物理相關(guān)性以及晶硅薄膜太陽電池原理。 2．優(yōu)化顆粒硅帶多晶硅襯底材料制備工藝，對(duì)材料結(jié)構(gòu)、雜質(zhì)以及電學(xué)性能進(jìn)行表征。采用正交設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方法優(yōu)選顯著性因素、確定工藝參數(shù)，利用掃描電鏡、x射線衍射分析、俄歇能譜以及四探針電阻儀等現(xiàn)代測(cè)試方法研究顆粒硅帶

4、材料特性，闡述顆粒硅帶微觀結(jié)構(gòu)的各種非理想性因素，著重討論顆粒硅帶襯底材料的器件支撐、提供背面場(chǎng)和籽晶生長基礎(chǔ)等作用。對(duì)顆粒硅帶制備技術(shù)的關(guān)鍵問題進(jìn)行研究并從工藝和器件結(jié)構(gòu)的角度提出解決方案。 3．分別采用快熱化學(xué)氣相沉積多晶硅薄膜和等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積微晶硅薄膜的兩種工藝路線，進(jìn)行多晶硅薄膜以及微晶硅薄膜電池材料的制備和光電性能研究。對(duì)照兩種工藝路線對(duì)顆粒硅帶襯底的適用性，討論顆粒硅帶表面平整度對(duì)器件光電轉(zhuǎn)換效率的影響及其與

5、器件結(jié)構(gòu)的關(guān)系。 4．制備了顆粒硅帶襯底上的多晶硅薄膜太陽電池，面積為1cm<'2>的太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到6.05％。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明多晶硅薄膜外延沉積工藝對(duì)顆粒硅帶襯底的晶格匹配、熱膨脹系數(shù)、雜質(zhì)濃度、表面平整度的要求相對(duì)較高。設(shè)計(jì)并采用新穎的器件結(jié)構(gòu)以規(guī)避表面平整度對(duì)載流子收集產(chǎn)生的重要影響以及高溫工藝導(dǎo)致雜質(zhì)擴(kuò)散的影響。 5．在帶有透明導(dǎo)電薄膜的浮法玻璃和顆粒硅帶襯底上分別進(jìn)行了微晶硅薄膜pin結(jié)構(gòu)太陽電池的制備