硅氧合金薄膜及其在高效纳米硅薄膜叠层太阳电池中的应用研究

系统研究两种不同形态的硅氧合金薄膜,用甚高频PECVD系统制备的非晶硅氧和纳米硅氧薄膜的特性,以及其在纳米硅薄膜叠层薄膜太阳电池中的应用。实验中主要通过对不同的气体流量比的优化、沉积功率和沉积压力的优化,分别制备出光学带隙约为2.1 e V,折射率约为3的a-SiO_x∶B∶H薄膜,作为非晶硅顶电池的p1层,以及带隙为2.2~2.5 e V,折射率为2.0~2.5,晶化率为20%~50%的nc-SiO_x∶P∶H薄膜,作为非晶硅/纳米硅叠层电池的中间反射层和纳米硅的底电池n2层。最后将优化后的a-SiO_x∶B∶H和nc-SiO_x∶P∶H薄膜应用到非晶硅/纳米硅薄膜叠层电池中,在0.79 m~2的玻璃基板上制备出初始峰值功率为101.1 W、全面积初始转换效率为12.8%、稳定峰值功率为87.3 W、全面积稳定转换效率为11.1%的非晶硅/纳米硅叠层电池。     

柔性衬底微晶硅薄膜太阳电池研究

采用等离子增强化学气相沉积(PECVD)技术制备了系列本征微晶硅薄膜材料和nip单结微晶硅太阳电池,研究了硅烷浓度、衬底温度和辉光功率等沉积参数与薄膜材料性能、薄膜电池性能三者之间的关系.拉曼光谱和器件测试结果表明:随硅烷浓度的增加,本征层晶化率逐渐减小,直至转变为非晶硅;沉积温度高于200℃时,电池性能严重恶化;随等离子辉光功率增加,材料晶化率保持不变,而电池开路电压逐渐增大,短波光谱响应逐渐增强.在此基础上,优化了单结微晶硅电池沉积参数,得到效率为6.48％ (AM0,25℃)的单结微晶硅薄膜太阳电池;并将其应用到非晶硅／微晶硅叠层电池中,在不锈钢柔性衬底上得到效率为9.28％( AM0,25℃)的叠层电池.     

第12届中国光伏大会暨国际光伏展览会优秀论文选登(八) 超高浓度钛掺杂硅薄膜的制备及光电特性研究

将磁控溅射和热丝化学气相沉积相结合,制备出超高浓度钛掺杂的氢化非晶硅薄膜。通过光发射谱(OES)分析了热丝加热前后直流溅射辉光特性,结果表明热丝加热与否对直流溅射过程的影响不大。俄歇电子能谱显示钛在薄膜中是均匀分布的,改变磁控溅射的功率可控制薄膜中钛的含量,薄膜在可见和红外光的吸收随钛浓度的增加而显著增强。掺钛非晶硅薄膜仍表现出半导体特性,电阻率随着温度的降低而提高,满足变程跳跃电导输运机制。采用激光熔融(PLM)对薄膜进行退火,薄膜晶化率达50%以上。晶化的掺钛硅薄膜仍保持较高的可见-红外波段的光吸收。     

非晶硅太阳能电池生产中沉积SnO2膜的均匀性

介绍了用化学气相法沉积大面积SnO2透明电膜的原理和方法。通过沉积器具有工艺的改进,提高了大面积SnO2膜方块电阻和光透过率的均匀性。讨论了SnO2膜均匀性对非晶硅太阳电池的影响。     

超高浓度钛掺杂硅薄膜的制备及光电特性研究

将磁控溅射和热丝化学气相沉积相结合,制备出超高浓度钛掺杂的氢化非晶硅薄膜.通过光发射谱(OES)分析了热丝加热前后直流溅射辉光特性,结果表明热丝加热与否对直流溅射过程的影响不大.俄歇电子能谱显示钛在薄膜中是均匀分布的,改变磁控溅射的功率可控制薄膜中钛的含量,薄膜在可见和红外光的吸收随钛浓度的增加而显著增强.掺钛非晶硅薄膜仍表现出半导体特性,电阻率随着温度的降低而提高,满足变程跳跃电导输运机制.采用激光熔融(PLM)对薄膜进行退火,薄膜晶化率达50％以上.晶化的掺钛硅薄膜仍保持较高的可见-红外波段的光吸收.     

H2稀释在PECVD法制备微晶硅薄膜中的影响

利用等离子增强化学气相沉积（PECVD）技术，研究了H稀释度D=H2／（H2＋Sill。）对在玻璃和不锈钢衬底上低温制备微晶硅薄膜的晶化率、晶粒尺寸、薄膜质量等的影响。结果表明，随着硅烷浓度的降低，样品的晶化率、晶粒尺寸有所改变。当D=99％时，晶粒突然变大，晶化率显著提高。因此，我们认为此时的硅薄膜由非晶硅转化为微晶硅。     

玻璃衬底多晶硅薄膜太阳电池的制备

多晶硅薄膜太阳电池兼具单晶硅的高转换效率和多晶硅体电池的长寿命的特点,其制备工艺比非晶硅薄膜材料的制备工艺相对简化。文章介绍了多晶硅薄膜太阳电池材料制备工艺和材料性能;阐述了多晶硅薄膜太阳电池Si3N4膜的沉积和玻璃制绒等关键工艺;综述了玻璃衬底多晶硅薄膜太阳电池的发展现状。     

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%。     

柔性衬底硅基薄膜太阳电池阻挡层的研究

研究了不同厚度的ZnO阻挡层对柔性衬底倒结构太阳电池的性能及均匀性的影响。在此基础上,使用金属镍(Ni)代替ZnO作为背电极和硅基薄膜之间的阻挡层,改善了太阳电池的均匀性。在聚酰亚胺柔性衬底上采用PECVD法制备出了面积为4cm×4cm、重量比功率超过200W/kg的倒结构硅基薄膜太阳电池。     

中频磁控溅射制备非晶硅薄膜的工艺研究及表征

使用中频磁控溅射方法进行正交实验,在Si基底上沉积非晶硅薄膜。利用n&k测试、拉曼光谱和XPS等方法表征,研究工作气压、电流、衬底温度等参数对制备非晶硅薄膜的沉积速率、光学特性及成分的影响。结果表明,中频磁控溅射制备非晶硅薄膜具有较大的O、C含量,但通过降低工作气压和提高溅射功率可有效降低O、C含量,得到光学特性和结构较好的非晶硅薄膜。     

硅基薄膜太阳电池的生产工艺及设备

介绍了国内外薄膜太阳电池工业化生产的现状,分析了瑞士欧瑞康（Oerlikon）太阳电池公司的硅基薄膜太阳电池模块生产工艺和设备,总结等离子增强化学气相沉积的物理化学过程。通过非晶硅／微晶硅叠层太阳电池的SEM图和Ｉ-Ｖ特性,揭示出叠层太阳电池实现高效、高稳定、低成本的原因;并归纳出硅基薄膜太阳电池性能的研究热点及提高转换效率的核心技术。     

低温快速热退火晶化制备多晶硅薄膜

利用PECVD设备沉积非晶硅薄膜,然后放入特制的快速热退火炉中进行退火.利用X射线衍射仪（XRD）分析退火后的薄膜晶体结构,用电导率测试仪测试其暗电导率.研究结果表明,利用快速热退火晶化能够使非晶硅薄膜在较低温度下,在较短时间内发生晶化。     

a-Si∶H薄膜的再结晶技术发展概述

论述了非晶硅薄膜的主要再结晶技术,包括传统的炉子退火、金属诱导晶化、微波诱导晶化、快速热退火和激光晶化。着重指出了各种晶化技术已取得的研究成果、优缺点、有待进一步研究的内容及其在多晶硅薄膜太阳电池工业生产中的应用前景。     

纳米硅薄膜及纳米硅薄膜太阳电池

综述了纳米硅薄膜及纳米硅薄膜太阳电池的制备方法、结构特性、光电特性等，显示出其有重要的应用前景。迄今为止，最好的纳米晶硅薄膜太阳电池的光电转换效率已达8．7％。     

a-Si:H薄膜的再结晶技术发展概述

论述了非晶硅薄膜的主要再结晶技术，包括传统的炉子退火、金属诱导晶化、微波诱导晶化、快速热退火和激光晶化。着重指出了各种晶化技术已取得的研究成果、优缺点、有待进一步研究的内容及其在多晶硅薄膜太阳电池工业生产中的应用前景。     

微晶硅薄膜的光稳定性与微结构的关系

利用甚高频等离子体增强化学气相沉积技术,通过改变功率密度和沉积压强制备了三系列微晶硅薄膜。采用拉曼光谱、XRD与电导率分析技术,研究在光照条件下微晶硅薄膜的光学特性,光电导衰退与晶化率、沉积速率、晶粒尺寸间的关系。研究发现:随着晶化率的增加,微晶硅薄膜的光电导衰退率逐渐减小;随着沉积气压的增加,相同晶化率的薄膜的光稳定性降低。在光照50h后,薄膜的光电导衰退基本达到饱和。     

衬底温度对太阳电池铝背反射电极性能的影响

采用中频脉冲磁控溅射在不同衬底温度下制备了太阳电池铝背反射电极,利用X射线衍射仪(XRD)研究了薄膜晶体结构,用X射线光电子谱仪(XPS)分析薄膜的成分,用原子力显微镜(AFM)观察薄膜表面形貌和粗糙度,用分光光度计研究薄膜的反射率。研究发现随衬底温度升高,薄膜中氧含量增加,晶体结构变为混合晶面取向,晶化率降低,表面粗糙度增大,反射率下降。将其应用到NIP非晶硅薄膜太阳电池中,在衬底温度为300℃时,得到了5.6%的电池转换效率。     

低温沉积硅薄膜电池及其在塑料衬底上的应用

采用射频等离子体增强化学气相沉积(RF-PECVD)技术,保持衬底温度在125℃沉积硅薄膜材料及电池,研究了硅烷浓度、辉光功率等沉积参数对材料和电池性能的影响。在125℃的低温条件下,通过优化沉积工艺,在玻璃衬底和PET塑料衬底上分别制备出效率达到6.8%和3.9%的单结非晶硅电池。在PET衬底上,将低温沉积非晶硅电池的技术应用于的叠层电池的顶电池,制备出效率为4.6%的非晶/微晶硅叠层电池。     

适用于太阳电池的nc-Si:H薄膜及 nc-Si/c-Si异质结的研究

该文介绍了使用改进的PECVD薄膜沉积设备,制备出掺杂氢化纳米硅(nc-SiH)薄膜,并在此基础上制备了纳米硅/晶体硅(nc-Si/c-Si)异质结;研究了其光学和电学特性.实验表明nc-Si/c-Si异质结具有良好的光电转换性能和稳定性,适用于制造太阳电池.     

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%。