P型非晶硅薄膜及非晶硅薄膜電池產(chǎn)業(yè)化研究.pdf

1、太陽(yáng)能作為取之不盡的清潔無(wú)污染能源，對(duì)當(dāng)前能源危機(jī)和環(huán)境污染問(wèn)題正是雪中送炭，開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能電池成為當(dāng)務(wù)之急。目前太陽(yáng)電池發(fā)展需要考慮的兩個(gè)主要因素是降低成本和提高轉(zhuǎn)換效率。降低光伏系統(tǒng)的成本是目前任務(wù)的重中之重，而要降低組件成本最核心的技術(shù)就是降低材料成本。因此，今后研究的重點(diǎn)將集中于如何降低成本，在保證轉(zhuǎn)換效率的情況下降低設(shè)備及生產(chǎn)成本就顯得尤為重要。以玻璃為基板的非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池憑借成本低、應(yīng)用范圍廣、便于大規(guī)模集成生產(chǎn)等優(yōu)勢(shì)

2、，將具有廣闊的市場(chǎng)前景。
　　 本論文詳細(xì)研究了射頻功率、摻雜氣體的摻雜比和襯底溫度對(duì)p型氫化硅薄膜的沉積速率、光學(xué)性能、微觀結(jié)構(gòu)、電導(dǎo)率的影響;研究改進(jìn)VHF-PECVD制備大面積硅薄膜均勻性的問(wèn)題;比較RF-PECVD和VHF-PECVD下制備的p型氫化非晶硅薄膜的結(jié)構(gòu)和光電性能的差異。在此基礎(chǔ)上采用直流磁控濺射技術(shù)在玻璃基片上制備AZO薄膜，使用RF-PECVD技術(shù)在AZO薄膜上沉積p、i、n三層非晶硅薄膜，使用磁控濺射技

3、術(shù)在非晶硅薄膜上沉積Al膜，使用激光技術(shù)完成非晶硅電池的集成。利用紫外-可見(jiàn)光分光光度計(jì)、臺(tái)階儀、高倍光學(xué)顯微鏡、拉曼光譜、XRD、掃描電鏡、Ⅳ曲線(xiàn)測(cè)試儀對(duì)沉積得到的薄膜進(jìn)行表征測(cè)試，研究了襯底溫度和本征層厚度對(duì)非晶硅薄膜電池性能的影響。
　　 本論文主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論可總結(jié)如下:
　　 1、實(shí)驗(yàn)制備的p型硅薄膜為非晶態(tài)結(jié)構(gòu)。隨著硼烷摻雜濃度的增加，薄膜透射譜的截止邊紅移，薄膜的沉積速率加快， p型薄膜的電導(dǎo)率呈現(xiàn)出先增

4、大后減小最終趨于飽和的規(guī)律。在硼烷摻雜濃度達(dá)到1.78％時(shí)，薄膜的電導(dǎo)率達(dá)到最大，為7.60×10-3 S/cm。
　　 2、p型氫化非晶硅薄膜可見(jiàn)光平均透射率與射頻輝光功率密切相關(guān)。硅薄膜樣品的透過(guò)率與射頻功率密切相關(guān);非晶硅薄膜樣品的沉積速率隨功率的增大而增大，存在一個(gè)優(yōu)化值，本實(shí)驗(yàn)的功率到達(dá)150W后，沉積速率趨于穩(wěn)定;非晶硅薄膜樣品的電導(dǎo)率呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，在射頻功率為150W時(shí)，電導(dǎo)率達(dá)到最大值4.46×10-3

5、S/cm。
　　 3、氫化非晶硅薄膜的透過(guò)率隨著襯底溫度的不斷增加而發(fā)生變化，在襯底溫度過(guò)低時(shí)，SiH2的聚合反應(yīng)極大的影響了氫化非晶硅薄膜的透過(guò)率。襯底溫度的改變對(duì)氫化非晶硅薄膜的沉積速率影響不大。氫化非晶硅薄膜的電導(dǎo)率隨著襯底溫度的上升，先增大后減小，在250℃時(shí)薄膜的電導(dǎo)率達(dá)到最大值。
　　 4、使用中央饋入法并對(duì)饋入線(xiàn)和電極的連接方式進(jìn)行改進(jìn)，可以有效的改善VDH-PECVD因饋入點(diǎn)附近對(duì)數(shù)奇點(diǎn)效應(yīng)和電勢(shì)駐波效應(yīng)

6、引起的薄膜非均勻性。
　　 5.通過(guò)Raman分析表征證實(shí)甚高頻(40.68MHz)下制備的硅薄膜有部分微晶成分的產(chǎn)生。甚高頻下制備的p型非晶硅薄膜的沉積速率和電導(dǎo)率要遠(yuǎn)高于射頻下制備的薄膜，透過(guò)率要低于射頻下制備的薄膜。
　　 7、制備的非晶硅薄膜電池組件尺寸為700mm×550mm。襯底溫度在室溫到250℃的范圍內(nèi)提升時(shí)，電池光電轉(zhuǎn)換效率從0.96％升高到5.67％，開(kāi)路電壓V∞從12.84V升高到27.734V，短

7、路電流密度Js。從8.86mA/cm2升高到12.79mA/cm2，填充因子FF從33.51％升高到55.81％，當(dāng)襯底溫度進(jìn)一步升高到300℃時(shí)，電池的轉(zhuǎn)換效率η、開(kāi)路電壓Voc、電路電流密度Joc和填充因子FF均有不同程度降低。
　　 8、本征層薄膜厚度從200nm到700nm的范圍內(nèi)增大時(shí)，電池的開(kāi)路電壓Voc和填充因子FF受本征層厚度影響不大。電池的短路電流密度Jsc先增大后減小，在本征層厚度為500nm時(shí)，達(dá)到最大值。