非晶硅-晶體硅異質(zhì)結(jié)太陽電池的初步研究.pdf

1、非晶硅/晶體硅異質(zhì)結(jié)太陽電池具有高效率、高穩(wěn)定性等特點，并因可在低溫下制備，而具節(jié)約能源的優(yōu)勢，是制造低成本、高效率太陽電池的有效技術(shù)途徑之一。采用本征非晶硅薄層對硅片表面進(jìn)行鈍化是獲得高效電池的關(guān)鍵。本論文采用VHF-PECVD技術(shù)制備非晶硅材料，對非晶硅/晶體硅異質(zhì)結(jié)界面的鈍化以及電池的單室制備工藝進(jìn)行了研究。論文的主要研究內(nèi)容如下:
　　 1、研究了本征非晶硅材料、氫等離子處理以及退火對硅片表面鈍化的影響，同時結(jié)合表面形貌

2、分析等手段，從材料微結(jié)構(gòu)的角度分析影響鈍化的原因。
　　 高質(zhì)量本征非晶硅鈍化材料的制備:適當(dāng)提高氫稀釋率以及輝光功率密度有助于提升材料的鈍化效果。氫稀釋率過高，則易造成硅外延生長現(xiàn)象的產(chǎn)生，過高的功率密度也會促使材料中微晶粒團(tuán)簇、空洞等缺陷的增多，惡化鈍化效果。
　　 對硅片表面進(jìn)行氫等離子體處理也可優(yōu)化鈍化效果。短時間的氫處理有清潔和鈍化硅片的作用;氫處理時間過長，則離子轟擊作用會對硅片及薄膜表面造成損傷。通過優(yōu)化氫

3、處理及非晶硅沉積條件，樣品平均少子壽命達(dá)到233μs，樣品中最大少子壽命為582μs。退火可以使樣品中的硅氫鍵重組，促使非晶硅體材料中的氫遷移到硅片表面，降低界面懸掛鍵密度，改善鈍化效果。退火后樣品的平均少子壽命達(dá)到274μs，樣品中最大少子壽命達(dá)707μs。
　　 2、采用單室VHF-PECVD技術(shù)，制備非晶硅/晶體硅異質(zhì)結(jié)電池。研究了窗口層、本征非晶硅鈍化層對電池性能的影響;并對單面結(jié)構(gòu)的異質(zhì)結(jié)電池進(jìn)行了優(yōu)化，對雙面結(jié)構(gòu)的電

4、池也進(jìn)行了初步實驗。
　　 窗口層材料缺陷態(tài)密度較高或與本征層能帶失配較大，會導(dǎo)致電池內(nèi)部載流子復(fù)合增大，電池特性變差，甚至出現(xiàn)J-V曲線“S型形變”現(xiàn)象。通過優(yōu)化，制備出電導(dǎo)率高于10-6S/cm，可用于非晶硅/晶體硅異質(zhì)結(jié)電池的p型a-Si∶H窗口層材料。
　　 在異質(zhì)結(jié)間插入本征非晶硅鈍化層，可以有效鈍化硅片表面懸掛鍵，改善界面特性，提升電池性能。本征層厚度的選擇應(yīng)兼顧鈍化效果及對電池性能的各方面影響。適當(dāng)?shù)臍涮幚?/p>

5、也可改善異質(zhì)結(jié)界面特性。經(jīng)過優(yōu)化，在單室中獲得光電轉(zhuǎn)換效率為12.85％(Voc=0.524V，Jsc=35.61 mA/cm2，F(xiàn)F=68.8％)的非晶硅/晶體硅異質(zhì)結(jié)電池。
　　 單面結(jié)構(gòu)的異質(zhì)結(jié)電池中，由于硅片背表面與金屬Al電極直接接觸，有較大的表面復(fù)合速率，限制了電池性能的提高。在硅片背表面制備ia-Si∶H/n+a-Si∶H背場，形成雙面結(jié)構(gòu)的電池。將單室VHF-PECVD技術(shù)制備的非晶硅/晶體硅異質(zhì)結(jié)電池開路電壓提