高速沉積微晶硅太陽電池及前電極陷光特性的研究.pdf

1、高速、高效單結(jié)微晶硅薄膜太陽電池的研究是硅基薄膜太陽電池產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵技術(shù)之一。本論文圍繞著上述目標，采用甚高頻、高壓、高功率相結(jié)合的技術(shù)路線進行了高速率微晶硅薄膜和太陽電池的研究。同時，考慮到光管理的重要性，本論文也詳細研究了不同前電極對制備單結(jié)微晶硅薄膜太陽電池的影響。主要的工作內(nèi)容和研究成果如下：
　　 一、高速率微晶硅材料的研究。著重研究了壓力、功率以及電極間距等對微晶硅材料的沉積速率、電學(xué)特性和微結(jié)構(gòu)的影響。沉積速率隨著

2、壓力的增加存在先增大后減小的趨勢，在壓力較小時，增大壓力有助于提高前驅(qū)物通量，降低電子溫度，從而增大沉積速率且改善了薄膜質(zhì)量；而繼續(xù)增加壓力，粉塵產(chǎn)生，沉積速率和薄膜質(zhì)量都降低。增加功率有助于提高電子溫度，促進更多的氫氣分解，從而提高微晶硅材料的晶化率，但過高的功率會同時降低材料的晶化率和沉積速率，需要將功率控制在合理的范圍。電極間距增大，增加了等離子體的反應(yīng)空間，增大了前驅(qū)物分解的幾率，從而有效的提高了沉積速率。此外，鑒于文獻報導(dǎo)的電

3、極間距相關(guān)結(jié)果，并結(jié)合本實驗研究的成果，分析了在制備高速率微晶硅薄膜太陽電池時，平板電極和噴淋電極在電極間距選擇上的差異。最后，通過優(yōu)化沉積氣壓，并適當(dāng)?shù)脑龃箅姌O間距，制備了沉積速率超過1.5nm/s的微晶硅材料。
　　 二、單結(jié)微晶硅電池的制備和初步優(yōu)化?；诒緦嶒炇覍ξ⒕Ч桦姵刂衟層和n層材料優(yōu)化的基礎(chǔ)上，將沉積速率1.5nm/s的微晶硅材料用于制備單結(jié)微晶硅電池，分別在厚度1.2μm和2.0μm時，獲得了7.17％和8.7

4、7％的轉(zhuǎn)換效率，但電池的短波響應(yīng)較差。為進一步提高電池的性能，從孵化層、界面復(fù)合以及p層透過率三個方面考慮，來優(yōu)化短波響應(yīng)。通過適當(dāng)降低本征層的硅烷濃度，來減薄孵化層厚度；通過減薄p層厚度，來減小p層表面晶粒尺寸，從而減少界面復(fù)合，p層減薄的同時也增強了光的透過，最終在p層沉積時間為1分鐘，本征層厚度為1.2μm時，獲得了良好的短波響應(yīng)(400nm處響應(yīng)強度為57％)和較高的電池轉(zhuǎn)換效率(8.17％)。
　　 三、單結(jié)微晶硅薄膜

5、太陽電池性能的進一步優(yōu)化?？紤]到微晶硅薄膜材料雖然可以拓展光譜吸收范圍，但吸收系數(shù)不是很高，因此，陷光的研究顯得尤為重要。本論文對微晶硅薄膜太陽電池陷光影響最為重要的前電極進行了詳細分析，以此提煉給出高效微晶硅薄膜太陽電池對前電極的要求。本部分主要的工作如下：
　　 1、首先將本研究所采用MOCVD技術(shù)制備的直接絨度的ZnO：B(BZO)與德國Juelich采用濺射后腐蝕工藝制備的ZnO：Al(AZO)同時用于微晶硅電池的制備，

6、研究其對微晶硅電池性能的影響。MOCVD工藝制備的BZO由于表面是典型的“類金字塔”結(jié)構(gòu)，用其做前電極制備的微晶硅電池內(nèi)部存在大量裂痕，復(fù)合嚴重，電池的開路電壓和填充因子較差。但BZO做前電極制備的微晶硅電池的短路電流密度，尤其在中短波區(qū)域，相比AZO較高，這主要是由BZO表面輪廓周期小、散射角分布較大以及BZO上的電池內(nèi)部特有的電場分布共同決定的。而AZO由于表面輪廓周期較大、絨度較高，對長波光的散射能力較好；
　　 2、其次

7、將本研究所通過調(diào)整濺射工藝參數(shù)獲得的直接絨度的ZnO，選擇其中絨度較小(LTZO)和較大(HTZO)的兩種ZnO分別與Juelich濺射后腐蝕ZnO制備微晶硅電池，進一步探討直絨襯底和濺射后腐蝕的襯底對微晶硅電池性能的影響。通過比較制備電池的性能參數(shù)發(fā)現(xiàn)：LTZO由于表面絨度較低，陷光能力差，相應(yīng)的電池的電流也非常低，從而嚴重影響了電池的整體性能；HTZO由于表面形貌與BZO相似，獲得了與BZO相似的結(jié)果，但是，由于HTZO的電學(xué)性能較

8、好、絨度值較高，HTZO上的電池的整體性能比BZO上的高；
　　 3、最后將本研究所與德國Juelich采用相同濺射后腐蝕技術(shù)制備的AZO用于微晶硅薄膜太陽電池的制備。研究發(fā)現(xiàn)：兩種前電極具有十分相似的電學(xué)、光學(xué)以及表面形貌，將兩種前電極同時用于制備微晶硅電池，也獲得了十分類似的結(jié)果。通過對微晶硅沉積工藝條件的進一步調(diào)整：單結(jié)微晶硅薄膜太陽電池的效率分別達到了9.65％(南開本研究所襯底)和9.87％(德國Juelich襯底)。