PECVD低溫沉積非晶硅鍺及在PIN電池中的初步應(yīng)用.pdf

1、為提高p-i-n型硅基薄膜太陽(yáng)能電池效率，本論文著力進(jìn)行RF-PECVD低溫沉積a-SiGe:H薄膜材料及電池方面的研究。主要進(jìn)行了以下兩方面的研究：研究不同工藝參數(shù)對(duì)于非晶硅鍺薄膜材料性能的影響，通過(guò)工藝參數(shù)的優(yōu)化在低溫下制備器件質(zhì)量級(jí)的非晶硅鍺薄膜材料；將高質(zhì)量的非晶硅鍺材料應(yīng)用到電池中，制備轉(zhuǎn)換效率為8.12％的a-SiGe:H單結(jié)太陽(yáng)能電池和轉(zhuǎn)換效率為8.54%的a-Si:H/a-SiGe:H雙結(jié)疊層太陽(yáng)能電池。
　　

2、（一）隨著輝光功率的增加，薄膜中摻入的鍺含量逐漸減少，材料的生長(zhǎng)速率提高但致密性變差導(dǎo)致電學(xué)性能衰退。通過(guò)降低沉積壓強(qiáng)，降低沉積速率的方法，在一定程度上提高材料的致密度，提高其電學(xué)性能。在較低輝光功率和沉積壓強(qiáng)下，研究鍺烷濃度對(duì)a-SiGe:H薄膜生長(zhǎng)的影響。隨著反應(yīng)氣體中鍺烷濃度的增加，薄膜中的鍺含量逐漸增加、并促進(jìn)薄膜生長(zhǎng)；材料中與鍺鍵合的H逐漸增加，但薄膜中仍存在大量的懸掛鍵；微觀結(jié)構(gòu)因子升高，薄膜的致密性變差；材料結(jié)構(gòu)特性的變化

3、導(dǎo)致其電學(xué)性能衰退；隨著鍺含量的增加光學(xué)帶隙降低，但是降低的不明顯，在鍺含量為46%時(shí)，帶隙僅為1.62eV。
　　 反應(yīng)氣體總流量增加薄膜中摻入的鍺略微增加；氫含量明顯降低；材料的光學(xué)帶隙明顯降低，在總流量為175sccm制備光學(xué)帶隙為1.56eV的a-SiGe:H薄膜材料：雖然帶隙降低但材料的電學(xué)性能急劇衰退，光敏性低于104量級(jí)。通過(guò)氫稀釋的調(diào)節(jié)提高材料的電學(xué)性能。通過(guò)該部分工藝參數(shù)的調(diào)節(jié)，在低溫(180℃)下，采用低輝光

4、功率低壓強(qiáng)高反應(yīng)氣體流量高氫稀釋的條件，制備光學(xué)帶隙為1.56eV，光敏性達(dá)到2×104的非晶硅鍺薄膜材料。
　　 （二）單結(jié)非晶硅鍺電池中分別采用不同的P層，以p-a-SiC:H作為電池窗口層電池性能最高。但采用該P(yáng)層電池的串聯(lián)電阻過(guò)高導(dǎo)致FF較低，同時(shí)J-V曲線出現(xiàn)“S型”曲線，通過(guò)120℃下真空退火消除電池的“S型”。通過(guò)調(diào)整p/i界面buffer層厚度提高電池的FF。改變本征層內(nèi)鍺含量，當(dāng)鍺含量小于46%時(shí)隨著鍺含量的增

5、加電池的短路電流密度逐漸增加，開(kāi)路電壓和填充因子有小幅度的降低。在Ge%=46%時(shí)獲得Jsc=18.4mA/cm2、Voc=0.809V、FF=0.539，轉(zhuǎn)換效率為8.12%的非晶硅鍺單結(jié)太陽(yáng)能電池。
　　 在a-Si:H/a-SiGe:H雙結(jié)疊層電池中通過(guò)頂、底電池本征吸收層厚度的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)頂、底電池的電流匹配，獲得Jsc=7.52mA/cm2、Voc=1.55V、FF=0.68，轉(zhuǎn)換效率為7.92%的a-Si:H/a-SiG