氢注入在硅异质结太阳电池a-Si:H窗口层中的研究

基于热丝化学气相沉积(Cat-CVD)系统开展氢注入对超薄(<10 nm)氢化非晶硅(a-Si:H)薄膜特性改善的研究,发现适当的氢注入可提高薄膜内的氢含量、降低其微结构因子并展宽其光学带隙.将该方法用于处理硅异质结(SHJ)太阳电池入光侧的本征非晶硅(i-a-Si:H)及N型非晶硅(n-a-Si:H)薄膜钝化层,可显...     

表面处理与p层电导率对HIT电池性能的影响

考虑到氢氟酸溶液对晶体硅表面具有去氧化和氢离子钝化表面悬键的双重作用,通过优化清洗工艺使得a-Si∶H(i)/c-Si/a-Si∶H(i)异质结构有效少子寿命达到2 ms。研究不同沉积温度对p型非晶硅薄膜电导率的影响,结合后退火发现中温(150℃)生长高温后退火的方式优于直接高温(200℃)沉积,电导率和钝化效果都有明显改善。采用优化后的p层,a-Si∶H(p~+)/a-Si∶H(i)/c-Si/a-Si∶H(i)/a-Si∶H(n~+)(inip)结构少子寿命可达3.70 ms。制备的HIT电池具有优良的性能:开路电压V_(oc)=700 mV,潜在的填充因子pFF=82%,短路电流密度Jsc=32.10 mA/m~2,填充因子FF=72.35%,转换效率η=16.26%,对比Suns-V_(oc)I-V曲线和标准条件下测试的I-V曲线计算得串联电阻,分析FF与pFF差异的原因。     

a-Si:H(p)/c-Si(n)异质结太阳电池的模拟优化

通过AFORS-HET软件模拟了TCO/a-Si:H(p)/a-Si:H(i)/c-Si(n)/a-Si:H(i)/a-Si:H(n)/Ag结构的硅异质结电池中硅衬底电阻率、本征非晶硅薄膜厚度、发射极材料特性以及TCO功函数对电池性能的影响。结果表明:在其它参数不变的条件下,硅衬底电阻率越低,转换效率越高;发射极非晶硅薄膜厚度对短路电流有较大影响,发射极掺杂浓度低于7.0×10¹⁹cm^-3时,电池各项性能参数都极差;TCO薄膜功函数应大于5.2 eV,以保证载流子的输运收集。     

晶硅异质结太阳电池nc-Si:H/nc-SiOx:H叠层窗口层研究

该研究制备高电导、高透明的磷掺杂氢化纳米晶硅氧(nc-Si O_x:H)薄膜,应用于晶硅异质结(SHJ)太阳电池的窗口层以替代传统的氢化非晶硅(a-Si:H)薄膜。与以a-Si:H薄膜为窗口层的电池相比,短路电流密度提高0.5 m A/cm²,达到38.5 m A/cm²,填充因子为82.7%,光电转换效率为23.5%。实验发现,在nc-Si O_x:H薄膜沉积前对本征非晶硅层表面进行处理,沉积1 nm纳米晶硅(nc-Si:H)种子层,可改善nc-Si O_x:H薄膜的晶化率,降低薄膜中的非晶相含量。与单层nc-Si O_x:H窗口层的电池相比,nc-Si:H/nc-Si O_x:H叠层结构提高电池填充因子,达到83.4%,光电转换效率增加了0.3%,达到23.8%。     

硅异质结太阳电池接触特性及铜金属化研究

异质结太阳电池沉积透明导电薄膜(TCO)作为导电层、减反射层,电极直接与TCO接触,故在TCO上电镀金属电极是非选择性的,需沉积种子层和图形化的掩膜,以实现选择性电镀及良好的附着。研究表明,金属与TCO之间具有优异的欧姆接触特性,比接触电阻低。SEM分析表明,电镀电极结构致密,与透明导电薄膜紧密附着,接触电阻小;丝印电极银颗粒间粘结不紧密,具有较多的空隙,线电阻提高,串联电阻增加。铜金属化可以实现更低的线电阻率、更好的电极高宽比,可以显著提高载流子收集几率,通过选择合适的种子层及后退火,铜电镀异质结电池光电性能显著改善,转换效率达到了22%,具有巨大的发展前景。     

电子束法沉积ITO薄膜及其光电性质的研究

用电子束蒸发制得了透明导电的ITO(indiumtin oxide)薄膜(厚3000—5000(?)),其方块电阻为4.5—20Ω/□,波长7000(?)时的透光率为80—95％。用x-线衍射分析方法测定了膜的组成与结构,用扫描电镜(SEM)观察了薄膜的形貌。薄膜的颗粒度为1—3μm,载流子浓度(N)为3.9×10~(19)cm~(-3),霍耳迁移率(μ_H)为94cm~2·V~(-1)·s~(-1),电阻率(ρ)为4.0×0~(-4)—2×10~(-3)Ω·cm,E_g为3.4eV。测得的Hall电压是负值,说明它是一种n型半导体。     

基于P型晶体硅异质结太阳电池的结构设计与性能分析

针对两种a-Si(n)/c-Si(p)异质结太阳电池结构,应用AFORS_HET软件,分析氢化非晶硅(a-Si:H)和氢化微晶硅(μc-Si:H)两种材料作为背面场时的特性参数对a-Si(n)/c-Si(p)异质结太阳电池性能的影响。结果表明:P型氢化微晶硅(μc-Si:H(p))为背面场时电池性能得到提高,μc-Si:H(p)的背面场特性是关键因素。最后,优化设计出以a-Si:H为窗口层、μc-Si:H为背面场的a-Si(n)/c-Si(p)异质结太阳电池TCO/a-Si:H(n)/a-Si:H(i)/c-Si(p)/a-Si:H(i)/μc-Si:H(p)/TCO,并获得20%的转换效率。     

氢化非晶硅太阳能电池在不同光照下直接与负载耦合的应用特性

综合分析了相同面积，不同于电池分布的两种氢化非晶硅（a-Si:H)太阳能电池在不同光照下的特性和直流微电机的特性，给出了分析结果，阐述了a-Si:H太阳能电池直接与负载耦合应用的特点。     

薄膜太阳电池系列讲座(11) 硅基薄膜太阳电池(三)

4非晶硅中氢(H)的作用(1)钝化悬挂键实际上早期采用蒸发方法制备的非晶硅材料并不含有氢(H),所以写成a-Si。缺陷态密度很高,很难制备出性能优良的器件。自从1969年Chitick等人发明了用辉光放电法(GD)制备氢化非晶硅(a-Si:H)[15],以非晶硅作有源层的器件才成为可能。     

Ga_(1-x)Al_xAs-GaAs太阳电池低阻接触研究

本文报道了pGa_(1-x)-Al_xAs-GaAs太阴电池的欧姆接触特性。用四探针法测定了Cr-Au、Ag-Zn、TiPdAu在pGaAs与pGa_(1-x)Al_xAs上的比接触电阻。在pGaAs上测出的比接触电阻分别为6.4×10~(-5)、9.4×10~(-5)和6.75×10~(-5)Ω-cm~2;在pGa_(1-x)Al_xAs上测出的比接触电阻分别为5.82×10~(14)、1.03×10~(-3)、5.02×10~(-4)Ω-cm~2(x≥0.8)。发现加热合金化和脉冲激光合金化方法效果相当。用离子刻蚀法刻蚀pGa_(1-x)Al_xAs,使电极直接与pGaAs接触时,比接触电阻值可降低一个数量级。效率高于15％(AM1)的太阳电池的串联电阻在1.0Ω以下。     

退火气氛对Al-F共掺杂ZnO薄膜结构和光电性能的影响

用射频磁控溅射法制备了Al-F共掺杂ZnO（ZnO（Al,F））透明导电薄膜,研究了不同退火气氛对ZnO（Al,F）薄膜的结构、电学和光学特性的影响。结果表明:在真空和还原性气氛中退火后的薄膜透光率呈现"蓝移"趋势,在空气中退火处理后的薄膜透光率则表现为"红移";在真空中,400℃×60min的退火处理,使ZnO（Al,F）薄膜的电阻率降低至1.41×10^-3Ω·cm,透光率则上升到93%以上,有效提高了薄膜的光电特性;所有退火气氛下,薄膜均具有（002）单一择优取向的多晶六方纤锌矿结构;薄膜的晶粒尺寸为25～30nm。     

硅基异质结太阳电池钝化层的研究

研究硅基异质结太阳电池的表面钝化层对电池性能的影响,主要工作包括:1)对比非晶硅本征层a-Si:H(i)与非晶硅氧本征层a-Si Ox:H(i)对c-Si界面的钝化效果的作用,及其对电池性能的影响;2)研究不同a-Si:H(i)厚度对电池性能的影响;3)不同沉积速率a-Si:H(i)对c-Si界面的钝化效果和电池性能的影响,并对不同沉积速率的a-Si:H(i)膜层做了H原子含量等分析。通过该征钝化层工艺的优化,最终在156 mm×156 mm厚度200μm的n型硅片上获得效率为20.90%的硅基异质结太阳电池,和在100μm厚度的硅片上得到转化效率为20.44%的可弯曲电池。     

CdS/p-Si异质结太阳电池的制备与数值模拟

采用物理气相沉积工艺制备了免掺杂的CdS/p-Si异质结太阳电池,通过数值模拟对影响电池效率的主要因素如前电极、背电极功函数材料及前、后表面复合速率进行模拟分析和优化。实验结果表明,CdS薄膜呈现[111]晶向择优生长,具有良好的结晶性。60 nm厚的CdS薄膜在500～1100 nm波长范围内具有较高的光学透过率,与Si的接触电阻ρc=3.1Ω?cm~2。In_2O_3薄膜的平均透过率和方阻分别为90.88%和74.54Ω/,能有效收集载流子。经过工艺优化,在25℃,AM 1.5测试条件下,得到CdS/p-Si异质结太阳电池(面积1 cm~2)效率为10.63%。数值模拟优化后,CdS/p-Si太阳电池的理论最高效率(power conversion efficiency,PCE)可达到25.36%。     

硅基薄膜太阳电池(三)

4 非晶硅中氢(H)的作用(1)钝化悬挂键实际上早期采用蒸发方法制备的非晶硅材料并不含有氢(H),所以写成a-Si.缺陷态密度很高,很难制备出性能优良的器件.自从1969年Chitick等人发明了用辉光放电法(GD)制备氢化非晶硅(a-Si:H)[15],以非晶硅作有源层的器件才成为可能.硅烷的辉光放电是硅烷(SiH4)在一定氢气(H2)稀释下通过射频(RF)激发产生等离子体的辉光放电,将硅烷分解制备成非晶硅.它有以下最简单的反应表达式:     

N型单晶硅衬底上非晶硅/单晶硅异质结太阳电池计算机模拟

采用德国HMI研发的AFORS-HET软件模拟了N型衬底非晶硅,单晶硅异质结太阳电池的特性,结果表明随着发射层厚度的增加,短路电流下降,电池的短波响应变差.在非晶硅,单晶硅异质结界面处加入不同的界面态密度(Dit).发现当Dit1012cm-2·eV-1时,电池的开路电压和填充因子均大幅减小,导致电池效率降低.当在非晶硅,单晶硅异质结界面处加入本征非晶缓冲层后,电池性能明显改善,但是缓冲层厚度应控制在30nm以内.模拟的a-Si/i-a-Si:H/c-Si/i-a-Si:H/n a-Si双面异质结太阳电池的最高转换效率达到28.47%.     

RF-PECVD制备硼掺杂氢化非晶硅氧(a-SiO_x∶H)薄膜及其光电特性研究

采用射频等离子体增强化学气相沉积(RF-PECVD)方法,在不同CO_2与硅烷气体流量比(R_C=[CO_2]/[SiH_4]=0.0、0.5、1.0、2.0)、衬底温度(T_S=200℃)、乙硼烷掺杂浓度(R_B=[B_2H_6]/[SiH_4]=1.5%)、高氢稀释比(R_H=[H2]/[SiH_4]=200)、高气压(220 Pa)和高功率密度(1 W·cm~(-2))条件下制备一系列氢化非晶硅氧(a-SiO_x∶H)薄膜。通过分光光度计(UV-VIS)透射谱分析薄膜折射率n、光学带隙E_g与R_C的关系;采用绝缘电阻测试仪进行变温暗电导测试,分析讨论暗电导σ_d、激活能E_a与R_C的关系;运用傅里叶变换红外光谱(FTIR)对薄膜的键合模式及薄膜中氧、氢含量进行分析表征。结果显示,随R_C增加,薄膜光学带隙展宽,折射率减小,激活能E_a增大,费米能级向导带底移动,薄膜缺陷增多。     

薄膜太阳能电池的发展动态

对目前国内外研究得最热的几种薄膜电池:非晶硅(a-Si)、多晶硅(poly-Si)、铜铟硒(CuInSe:CIS)、碲化镉(CdTe)薄膜电池的技术发展概况及商业化生产情况作了介绍,展望了薄膜太阳能电池的发展前景.     

a-Si∶H的两相与磷的掺杂

本文介绍了一种新的掺杂方法,使辉光放电制备的掺杂a-Si∶H不受氢化物的限制。 a-Si(p):H的红外吸收谱表明,Si-H在2000cm~(-1)处的吸收带随着掺杂浓度从p/Si=10~(-5)增至10~(-3)时是逐步减弱的;Si-H_2在2100cm~(-1)处的吸收带却不变化。氢热释谱的高温峰随掺杂浓度增加而减小,低温峰位置略有移动而大小保持不变。掺杂是在富硅相中进行的,磷占有了原来SiH中氢的位置。在p/Si>10~(-3)过掺杂情况下,由于pSi_3组态的形成,结构的破碎,氢逸出容易,非晶硅两相中氢含量都大大减少。 文中,根据Raman散射实验的结果,也讨论了磷在a-Si∶H中的掺杂机理。     

垃圾焚烧炉用热电偶保护套管Al(Fe,Ni)系金属间化合物涂层的制备与性能研究

针对垃圾焚烧炉用热电偶保护套管的腐蚀与防护问题开展研究,采用电弧喷涂Al+高温扩散的方法在1Cr18Ni9Ti基体上制备了层状分布的Al(Fe, Ni)系金属间化合物涂层,外层为Al₇₅Ni₁₀Fe₁₅金属间化合物相,Fe、Ni、Cr元素固溶置换形成了Al₃M型富铝相,内侧是均匀致密的Al(Fe, Ni)型金属间化合物单相层,呈柱状晶形态。该金属间化合物单相层平均显微硬度达到了836.1 HV0.1,在900℃下表现出了良好的抗盐腐蚀性能。     

溶胶凝胶法制备SnO2:Sb膜的光学电学性能

以金属无机盐SnCl2 ·2H2 O和SbCl3 为原料 ,用溶胶凝胶浸渍法制备掺锑SnO2 透明导电薄膜 ,并对其电学参数(如方块电阻、霍尔迁移率、载流子浓度和类型 )和光学参数 (如透射反射率、光学能隙 )进行测试分析。XPS分析确定薄膜中掺杂锑离子主要以Sb5+ 形式存在。薄膜的方块电阻最低可达 85Ω/□ ,霍尔迁移率在 2 .5～ 3.6cm2 V-1s-1,膜厚约1μm时可见光透射率约为 85 % ,反射率低于 15 %。