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:     

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,可显著提升晶体硅的表面钝化质量。通过使用AFORSHET软件模拟SHJ太阳电池入光面的界面缺陷及n-a-Si:H体缺陷对电池性能的影响,分析得到:将氢注入用于处理a-Si:H窗口层,SHJ太阳电池性能的提升源于电池入光侧界面及a-Si:H体材料的结构改善。电池的开路电压(Voc,728.4～736.1 mV)、短路电流密度(Jsc,37.99～38.20 mA/cm²)、填充因子(FF,79.67%～81.07%)及转换效率(Eff,22.04%～22.79%)均得到明显提升。     

薄膜太阳电池系列讲座(15) 硅基薄膜太阳电池(七)

(3)非晶硅氧(a-SiO:H)合金[34,35]以H稀释硅烷添加CO2作混合气源,控制衬底温度、沉积气压及CO2浓度比CO2/(CO2+SiH4)(其中硅烷用氢稀释浓度比SiH4/(SiH4+H2)表示),在等离子体放电作用下,CO2、SiH4、H2之间将产生以下反应:SiH4+CO2+H2→a-SiO:H,生成非(或微)晶硅氧合金薄膜。硅氧(SiO:H)合金可以是非晶态,也可以是含微晶相的。由Si的无规网络(图34a)与SiO2网络(图34b)之间融合状态的不同,硅氧合金的原子构     

薄膜太阳电池系列讲座(14) 硅基薄膜太阳电池(六)

下面分别对a-SiC:H、a-SiO:H和a-SiGe:H三种合金材料进行介绍。(1)非晶硅碳(a-SiC:H)合金硅烷(SiH4)或乙硅烷(Si2H6)和甲烷(CH4)或乙烯(C2H4)等气源在等离子放电环境中,将发生化学反应生成非晶硅碳合金(a-SiC:H)。它主要通过掺杂获得p型的a-SiC:H,用作硅基薄膜叠层太阳电池的顶电池窗口层。根据使用气源性质的不同,在相同沉积条件下获得膜中的C含量与在气体中的含C气源流量比并不相同,反映了含C气源分解反应的     

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。     

薄膜太阳电池系列讲座(20) 硅基薄膜太阳电池(十二)

为尽可能向太阳光谱红外波段拓展,设计了三结叠层电池结构、材料及能带梯度递变的新型电池,如图56所示[49]。新型电池拟采用1.8eV的非晶硅a-Si:H顶电池、1.1eV的微晶硅μc-Si:H中间电池以及0.8～0.9eV的μc-SiGe:H底电池三结叠成,对光吸收分配更为合理。由其QE计算曲线(图56c)可见,该结构电池的光谱响应与太阳光谱匹配良好,可吸收绝大部分的太阳光。当设定了带隙范围的材料后,为达到高效率,     

薄膜太阳电池系列讲座(10) 硅基薄膜太阳电池(二)

2掺杂问题掺杂是决定材料和器件电学性能的关键之一,希望材料的电导特性能够有序调制,即能够按照需要调节导电类型及其电导率,以满足器件性能要求。在晶体硅器件中,它的基本材料是事先预定的,随后掺杂形成的p-n结,也有成熟的工艺予以调制,因此器件的重复性可得到保证。但在薄膜硅基器件中,器件的形成伴随着材料的生长同步完成。因此其变数在各层材料形成的过程中,加之硅     

纳米非晶硅(na-Si:H)P-i-n太阳电池

该文报道了通过适当氢稀释(RH=15)和合适的衬底温度(Ts=170℃)下，用PECVD制备得到的宽带隙氢化纳米非晶硅(na-Si：H)薄膜，并将其用作pin太阳电池的本征层。经过电池结构和工艺条件的优化设计，在p／i，i/n界面插入渐变带隙缓冲层，制备出了glass／ITO／p—a-SiC：H／i—na-Si：H／n—nc-Si：H／Al结构的pin太阳电池。电池初始开路电压(Voc)高达0．94V，同时还能保证0．72的填充因子(FF)。光电转换效率(Eff)达到8．35％(AM1．5，100mW／cm^2)。     

硅基薄膜太阳电池(十二)

为尽可能向太阳光谱红外波段拓展,设计了三结叠层电池结构、材料及能带梯度递变的新型电池.新型电池拟采用1.8eV的非晶硅a-Si:H顶电池、1.1eV的微晶硅μc-Si:H中间电池以及0.8 ～ 0.9eV的μc-SiGe:H底电池三结叠成,对光吸收分配更为合理.由其QE计算曲线可见,该结构电池的光谱响应与太阳光谱匹配良好,可吸收绝大部分的太阳光.     

金属与超薄非晶硅薄膜的接触特性研究

研究金属与非晶硅薄膜(a-Si:H)的接触特性,用于晶体硅异质结太阳电池新型电极技术开发。采用等离子体增强的化学气相沉积(PECVD)技术制备超薄(~10 nm)a-Si:H薄膜,利用真空镀膜技术制作金属电极,采用圆点传输线模型(CDTLM)研究a-Si:H与不同金属(Al、Ni、Ti、In)的接触特性。低温退火后a-Si:H与Ni、Al、Ti可获得良好的欧姆接触。经200℃退火,p型非晶硅p-a-Si:H与Al的比接触电阻降至0.3 mΩ·cm~2;n型非晶硅n-a-Si:H与Ti的比接触电阻降至0.7 mΩ·cm~2,表明这两种金属可以直接用于a-Si:H薄膜的表面电极。     

新兴光化学气相沉积非晶硅太阳电池的发展趋势

本文综述了光化学气相沉积(Photo-CVD)法分解硅烷(SiH_4,Si_2H_6)制备非晶硅(a-Si)膜的原理、膜的性质和a-Si太阳电池的光伏特性,报道了a-Si太阳电池的制备技术和发展现状,并对其前景进行了评述。     

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%。     

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。     

非晶硅薄膜太阳电池应用分析

简要介绍了当前几种薄膜太阳电池,并分析了它们的优缺点;详细介绍了非晶硅薄膜太阳电池,分析了其光致衰退效应与影响光电性能的各种因素,总结并展望了优化非晶硅太阳电池的各种技术。     

硅基薄膜太阳电池(九)

三单结硅基薄膜太阳电池的结构和工作原理1硅基薄膜太阳电池结构在常规的单晶和多晶太阳电池中,通常用p-n结结构。但对于硅基薄膜电池,所用的材料通常是非晶和微晶材料,由于非晶硅内存在大量尾态和悬挂键等缺陷态,载流子的迁移率很低,扩散系数也很低。如果采用通常的p-n结的电池结构,光生载流子在n型和p型中性掺杂区的扩散运动非常小,将直接影响短路电流。此外,由于非晶硅p-n结耗尽层内也存在着大量的缺陷态,会导致势垒区内光生载流子的大量复合。为此,硅基薄膜电池     

薄膜太阳电池系列讲座(16) 硅基薄膜太阳电池(八)

调制材料的光电性能对于吸收层更为重要。CO2浓度比与缺陷态密度及带隙宽度的关系见图38a[35]。带隙宽度最大可达到2.02eV,而缺陷态从1016cm3增加到2.5×1017cm3左右,增加了一个多数量级(缺陷态的测量通过CPM测量得到)。可见,O的加入在加宽带隙的同时,将带来更多的悬挂键缺陷态。鉴于O为二配位,而Si是四配位,配位数的差异造成悬挂键的增加不难理解。     

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。     

薄膜太阳电池系列讲座(12) 硅基薄膜太阳电池(四)

图16为以等离子体内SiH3为生长前驱物模式的硅薄膜沉积示意图。此模型中假设在SiH3离子落向衬底之前,表面将被H覆盖。首先SiH4在等离子体内与电子发生碰撞,(1)电子将自己的动能给予SiH4,使其分解成SiH3和H原子;(2)SiH3附着于衬底表面;(3)SiH3在表面覆盖有H的帮助下,在衬底表面运动以寻找合适的成键位置;(4)最后在能量最低处与表面硅的悬键键合生成表面Si层上的原子之一;(5)上式分解出的原子H或表面覆盖的H,反过来也可能与     

基于BZO衬底的高效非晶硅及非晶/微晶硅叠层太阳电池

通过研究氢稀释对硼掺杂的硅氧材料特性的影响,制备出具有高纵向电导率(1.1×10~(-5)S/cm)、低横向电导率4.2×10~(-5)S/cm和宽带隙(2.52 eV)的p型纳米硅氧(p-nc-SiO_x:H)材料,将其作为非晶硅电池(a-Si:H)的窗口层,使短波响应得到明显提升。但由于宽带隙p-nc-SiO_x:H层的引入,使p/i界面能带失配,恶化了电池性能。因此研究p/i界面缓冲层带隙对电池性能的影响,发现提高缓冲层带隙,使电池的内建电场得到明显提升,从而提高电池的转换效率。将获得的具有高开路电压的a-Si:H电池作为顶电池应用到非晶/微晶硅叠层电池中,得到效率达12.99%的高效非晶/微晶硅叠层太阳电池。     

薄膜太阳电池系列讲座(8) CIGS薄膜太阳电池(下)

③柔性CIGS电池的卷-卷(Roll-to-Roll)制备工艺CIGS薄膜电池制备在柔性衬底上,使其可能采用卷绕式(Roll-to-Roll)生产工艺。几百米甚至上千米长的电池一次完成[9],卷对卷工艺可降低设备造价和占地面积,同时有效提高生产效率。卷对卷工艺设备局部示意图如图16所示。在CIGS薄膜电池工艺流程中,在分切成外联要求的单个电池