NIP型非晶硅鍺電池的初步研究.pdf

1、本文采用NIP型疊層電池結(jié)構(gòu)是提升硅基薄膜電池轉(zhuǎn)換效率的重要手段，非晶硅鍺材料因其帶隙可調(diào)適宜作為中間電池的有源層。以鍺烷、乙硅烷、氫氣為反應(yīng)氣體，采用RF-PECVD工藝，對制備高質(zhì)量非晶硅鍺材料的工藝參數(shù)進行了研究，并對不同襯底上的非晶硅鍺單結(jié)電池和非晶硅/非晶硅鍺疊層電池結(jié)構(gòu)的優(yōu)化進行了初步的研究。主要內(nèi)容如下：
　　 ⑴研究了輝光功率、氫稀釋比、鍺烷/乙硅烷流量比、總流量等沉積參數(shù)對非晶硅鍺薄膜結(jié)構(gòu)和光電特性的影響。研究

2、發(fā)現(xiàn):在較低功率范圍時(4-8W)，功率的增加，可以增加薄膜中的鍺含量。較高功率范圍時(8-10W)，則會引起鍺含量降低和光電特性變差。氫稀釋比的增加能夠適當增加薄膜中的鍺含量，并降低薄膜的沉積速率。氫稀釋比的進一步增大，會使非晶硅鍺材料逐漸微晶化進而暗電導(dǎo)增加且光敏性降低。適當?shù)臍湎♂尡认履軌颢@得最大的光敏性。隨著反應(yīng)氣體中鍺烷/乙硅烷流量比的增加，薄膜中鍺含量近似線性增加，材料的吸收系數(shù)也隨著上升，薄膜的電學(xué)性能逐漸下降，材料中鍺含

3、量與材料的光學(xué)帶隙符合線性關(guān)系式:Ge％=2.566-1.426Eopt。在保持沉積氣壓和電極間距不變時，氣體總流量的增加使得薄膜中鍺含量上升，沉積速率增加，電學(xué)特性逐漸劣化。通過該部分沉積參數(shù)的調(diào)節(jié)，在低溫(200℃)下，通過低輝光功率、高氣壓、低反應(yīng)氣體流量、高氫稀釋的條件制備:鍺含量為20.17％且光學(xué)帶隙為1.64eV，光敏性達到3×104的優(yōu)質(zhì)非晶硅鍺材料。
　　 ⑵電池結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面，首先對P型窗口層的制備進行了優(yōu)化，

4、在高壓、高功率、高氫稀釋的條件下制備出了p-nc-Si:H材料。p-nc-Si:H材料具有高電導(dǎo)率6.21×10-3S/cm、寬帶隙2.0eV、晶粒尺寸約為2.1nm、Raman峰位于510cm-1、高透過的特性。將其應(yīng)用于NIP型單結(jié)a-SiGe:H電池中，得到Voc=0.72V，Jsc=14.94 mA/cm2，F(xiàn)F=0.6，轉(zhuǎn)換效率為5.85％的a-SiGe:H電池，優(yōu)于相同條件下使用p-a-SiC:H材料作為P型窗口層制備的a-

5、SiGe:H電池（轉(zhuǎn)換效率為4.78％）。以SnO2:F作為襯底沉積NIP型非晶硅鍺電池，優(yōu)化了非晶N型摻雜層條件，當其厚度為20nm左右時，既能與p-nc-Si:H層形成足夠的內(nèi)建電場，又能對襯底起一定的鈍化作用，實現(xiàn)電池特性的優(yōu)化。針對p/i、i/n界面帶隙不連續(xù)性及界面缺陷態(tài)密度太大的問題，采用優(yōu)質(zhì)非晶硅作為緩沖層。研究發(fā)現(xiàn)，對于i/n界面，緩沖層厚度為40nm，電池的開路電壓及FF得到明顯提升;對于p/i界面，當緩沖層厚度為10

6、0nm時最優(yōu)，電池開路電壓及FF也可以得到提升。
　　 ⑶結(jié)合本征層非晶硅鍺材料的優(yōu)化及a-SiGe:H電池結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，在SnO2:F襯底上制備出轉(zhuǎn)換效率為8.32％的NIP型a-Si:H/a-SiGe:H疊層電池，其中Voc=1.52V, FF=0.65,Jsc=8.42mA/cm2。在沉積有Ag/ZnO復(fù)合背電極的不銹鋼襯底上，采用GeH4梯度法對本征材料進行優(yōu)化并結(jié)合對P型窗口層的優(yōu)化，制備出了效率為8.32％的單結(jié)NIP