高速沉積微晶硅太陽電池的研究.pdf

1、提高微晶硅薄膜光伏電池的生長(zhǎng)速率和轉(zhuǎn)換效率對(duì)其生產(chǎn)成本的降低是至關(guān)重要的，然而生長(zhǎng)速率的提高經(jīng)常會(huì)伴隨一系列使轉(zhuǎn)換效率降低的不利因素。本文首先分析了高速沉積時(shí)導(dǎo)致微晶硅電池性能降低的原因，然后重點(diǎn)對(duì)如何提高高速沉積微晶硅電池的效率進(jìn)行了研究，主要研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新工作如下：
　　 ■首先詳細(xì)研究了不同沉積速率下制備的微晶硅薄膜特性的差異及其對(duì)電池性能的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與低速沉積的微晶硅薄膜相比，高速沉積的微晶硅薄膜具有非晶孵化層較厚

2、、縱向結(jié)構(gòu)均勻性較差、晶粒尺寸較大、薄膜致密性較差及薄膜表面粗糙度較大的特點(diǎn)；而這些微結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)使高速沉積微晶硅電池具有較小的填充因子FF和短路電流密度JSC，從而使高速電池的效率低于低速電池；且隨晶化率降低高速沉積微晶硅薄膜縱向結(jié)構(gòu)不均勻性更加顯著，致使最優(yōu)電池的參數(shù)窗口變窄。
　　 ■初步研究了微晶硅薄膜中非晶孵化層的形成機(jī)理，并探索得到了減小高速沉積微晶硅薄膜中非晶孵化層厚度的方法。研究發(fā)現(xiàn)，與低速沉積不同，高速沉積過程

3、中反應(yīng)氣體的分解程度和等離子體的電子溫度，都是隨時(shí)間增加而增加，且增加的程度較大，這是高速沉積微晶硅薄膜中非晶孵化層較厚的重要原因；減小反應(yīng)氣體在腔室中的滯留時(shí)間可以明顯減小非晶孵化層的厚度，通過總結(jié)沉積參數(shù)引起非晶孵化層厚度減小的轉(zhuǎn)折點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的氣體滯留時(shí)間得知，當(dāng)微晶硅薄膜沉積速率在1.0nm/s以上時(shí)，氣體在腔室中的滯留時(shí)間最高不能超過0.05s。對(duì)襯底的研究表明，高速沉積pin型微晶硅太陽電池時(shí)，選擇晶化率高、晶粒尺寸小和表面粗糙

4、度大的p型材料，可以提高其上生長(zhǎng)的本征微晶硅材料的縱向均勻性，提高薄膜質(zhì)量。
　　 ■在上述對(duì)高速沉積微晶硅薄膜特性及其改進(jìn)方法的研究基礎(chǔ)上，對(duì)高速沉積微晶硅太陽電池進(jìn)行了優(yōu)化研究。其中提出了兩種能夠有效提高高速沉積微晶硅電池效率的方法：(1)通過降低功率和降低硅烷濃度來制備高晶化率的本征型起始層，并應(yīng)用到電池的p/i界面，不僅能夠減小非晶孵化層厚度，而且能夠降低界面缺陷態(tài)密度，使電池效率提高約一個(gè)百分點(diǎn)；(2)在高速沉積微晶硅

5、薄膜過程中，采用功率梯度降低的方法，即能夠控制微晶硅薄膜縱向微結(jié)構(gòu)的變化，又能夠減小離子對(duì)薄膜表面的轟擊作用，從而提高了薄膜質(zhì)量，使電池效率明顯提高。將上述兩種方法應(yīng)用到電池中，在微晶硅薄膜的沉積速率為12A/s時(shí)，得到光電轉(zhuǎn)換效率為9.36％(Voc=0.54V， Jsc_25.41mA/cm2，F(xiàn)F=68.02％)的單結(jié)微晶硅太陽電池，將其應(yīng)用到疊層電池中得到效率為11.14％(Voc=1.37V， Jsc=11.92mA/cm2，