低温高速率沉积非晶硅薄膜及太阳电池

采用射频等离子体增强化学气相沉积(RF-PECVD)技术,保持沉积温度在125℃制备非晶硅薄膜材料及太阳电池。在85 Pa的低压下以及400～667 Pa的高压下,改变Si H4浓度和辉光功率等沉积参数,对本征a-Si材料的性能进行优化。结果表明,在高压下,合适的Si H4浓度和压力功率比可以使a-Si材料的光电特性得到优化,并且薄膜的沉积速率得到一定程度的提高。采用低压低速和高压高速的沉积条件,在125℃的低温条件下制备出效率为6.7%的单结a-Si电池,高压下本征层a-Si材料的沉积速率由0.06～0.08 nm/s提高到0.17～0.19 nm/s。     

激光刻蚀柔性薄膜太阳电池复合背反射层的研究

柔性聚酯膜衬底薄膜电池通过激光刻蚀等工艺形成集成串联,激光刻蚀柔性薄膜太阳电池复合背反射层(Ag/ZnO)是其中的重要工艺。首先对聚酰亚胺(PI)、Ag、ZnO材料的光学特性进行了分析,然后采用1 064nm脉冲激光与532nm脉冲激光分别对柔性薄膜太阳电池复合背反射层进行刻蚀研究。通过改变重复频率、激光功率、扫描速度和焦点位置等参数,分析了激光刻蚀物理机制,获得了好的刻蚀效果。结果表明,1 064nm纳秒脉冲激光更适合刻蚀柔性PI衬底复合背反射层Ag/ZnO,在激光功率860mW、刻蚀速度800mm/s和重复频率50kHz下,获得了底部平整、两侧无尖峰的刻线,刻线宽为32μm,满足柔性薄膜太阳电池集成串联组件的制备工艺要求。     

GH3230高温合金绿光飞秒激光的刻蚀特性

飞秒激光以其超窄脉宽和超高光强等特性被广泛应用于各种金属材料的加工。本课题组采用波长为515 nm的绿光飞秒激光器对GH3230镍基高温合金进行刻蚀试验，研究了GH3230高温合金的绿光飞秒激光刻蚀阈值、刻蚀率和极限刻蚀深度。结果表明：相比于红外飞秒激光，绿光飞秒激光的刻蚀阈值明显降低，刻蚀率显著提高；与红外飞秒激光刻蚀类似，随着刻蚀次数增加，刻蚀深度增大，但当刻蚀次数增加到一定值后，刻蚀深度出现饱和现象；激光能量密度越高，极限刻蚀深度越大；改变扫描策略进行双道刻蚀时，通过增加刻缝宽度可以增大刻蚀深度；激光诱导等离子体是影响刻蚀深度的主要因素。     

Si基薄膜叠层太阳电池中光的优化分配

以带有中间层的Si基薄膜叠层电池为研究对象,模拟了中间层对入射光在叠层电池中传播和分配的影响,对中间层的材料选择提出了优化方案,并以ZnO作中间层,实验验证了其对入射光的管理作用.模拟结果表明,引入适当的中间层,既能提高短波段的反射率,又能明显增加长波段光的透过率.加入ZnO中间层,可使厚为200 nm的顶部非晶硅(a-Si)电池的短路电流提高14.1%.     

非晶硅太阳电池的激光刻划

对一台用于非晶硅太阳电池的激光刻划和计算机控制系统进行了理论分析,成功地完成了非晶硅和透明导电膜的刻划工艺。     

缺陷浓度对非晶硅薄膜太阳电池性能的影响

利用一维微光电子结构分析工具AMPS-1D（Analysis of Microelectronic and Photonic Structures-1D）研究了一种PIN结构的非晶硅基薄膜太阳电池的电流一电压特性。通过系统分析不同缺陷浓度对太阳电池光电特性的影响,探索了在不致严重影响器件性能情况下可容许的最高缺陷浓度。模拟结果表明,若半导体膜足够薄,在带边附近有很高的吸收系数,且具有满足一定条件的迁移率,则可使用含有相当高缺陷浓度（10^16～10^17cm^-3数量级）的非晶硅基薄膜制造出性能良好的太阳电池．     

PIN型非晶硅薄膜太阳电池仿真研究

运用AMPS软件,对TCO/p-a-SiC:H/i-a-Si:H/n-a-Si:H/metal型非晶硅薄膜太阳电池进行了仿真研究,重点模拟和分析了电池性能参数随i层和n层厚度变化的规律.结果表明,为了获得电池转换效率和短路电流密度的最大值,n 层非晶硅薄膜应尽可能地减小厚度,而i层非晶硅薄膜厚度最好控制在500～700 nm范围内.     

激光波长对非晶硅薄膜晶化效果的影响

为研究波长对连续激光晶化非晶硅(a-Si) 薄膜过程的影响,利用连续Ar＋-Kr＋激光对a-Si薄膜晶 化,在5ms固定照射时间下,改变激光波长,采用拉曼光谱测试技术和场发射扫描电子显微 镜(SEM)研究在不同 激光功率密度下薄膜晶化后的特性。结果表明,a-Si薄膜的晶化阈值随着波长的 增大而增大,当波长为 458nm时薄膜晶化阈值为13.2kW/cm²,波长 为647nm时,晶化阈值为19.2kW/cm²;在激光功率密度范 围为0～27.1kW/cm²内,薄膜的最大晶化率受波长的影响相对较小 ,但总体也随着波长的增大而呈增大 趋势,当波长为647nm时,在激光功率密度26.5kW/cm²处,晶化率达到最大值75.85%。     

飞秒激光辅助化学刻蚀透明材料微孔加工研究进展

飞秒激光辅助化学刻蚀加工技术在高质量、高深径比、高可控性的微孔加工方面独具优势,为微孔的制备提供了新的途径和方法。在微全分析系统、光纤中的三维光流控系统、谐振器制造中具有很大的应用潜力。本文综述了近年来飞秒激光辅助化学刻蚀加工透明介质材料的研究进展,包括飞秒激光改性区对刻蚀速率影响、强酸强碱化学溶液对刻蚀效果的影响、化学刻蚀步骤工艺的优化、飞秒激光辅助化学刻蚀加工方法的应用等,总结了飞秒激光辅助化学刻蚀微通道、结构加工机理以及工艺等方面面临的挑战,并对今后的研究重点进行了展望。     

硼掺杂对a-Si薄膜电导率及太阳电池效率的影响

对等离子增强化学气相沉积技术(PECVD)低温制备的非晶硅(a Si)薄膜的电导率随B掺杂浓度的变化规律进行了研究。结果表明:当B2H6/SiH4由0.6%增加到0.8%时,a Si薄膜的暗电导率由10-5(Ω·cm)-1急剧增加到10-1(Ω·cm)-1;进一步增加B2H6/SiH4时,暗电导率增加缓慢;当B2H6/SiH4大于1.0%时,暗电导率急剧下降。对B2H6/SiH4为1.0%及1.2%的P层材料制备的太阳电池的研究结果表明:采用B2H6/SiH4为1.2%的光电转换效率优于1.0%。     

NIP型非晶硅薄膜太阳能电池的研究

采用射频等离子体增强化学气相沉积(RF-PECVD)技术制备非晶硅(a-Si)NIP太阳能电池,其中电池的窗口层采用P型晶化硅薄膜,电池结构为Al/glass/SnO2/N(a-Si:H)/I(a-Si:H)/P(cryst-Si:H)/ITO/Al.为了使P型晶化硅薄膜能够在a-Si表面成功生长,电池制备过程中采用了H等离子体处理a-Si表面的方法.通过调节电池P层和N层厚度和H等离子体处理a-Si表面的时间,优化了太阳能电池的制备工艺.结果表明,使用H等离子体处理a-Si表面5 min,可以在a-Si表面获得高电导率的P型晶化硅薄膜,并且这种结构可以应用到电池上;当P型晶化硅层沉积时间12.5 min,N层沉积12 min,此种结构电池特性最好,效率达6.40%.通过调整P型晶化硅薄膜的结构特征,将能进一步改善电池的性能.     

多孔硅在多晶Si太阳电池中的应用研究

采用化学腐蚀法分别在单晶Si和多晶Si上制备了多孔Si。对室温下HF、HNO3的不同配比进行了实验比较,用显微镜和扫描电子显微镜(SEM)观察了多孔Si的表面形貌,用紫外激发观察了它的荧光光谱并用反射光谱测试结果研究了多孔Si的光学特性。采用一步多孔Si法制备了1cm×1cm的单晶和多晶Si电池,比较了制备多孔Si前后电池的各项性能参数。实验表明:多孔Si对于提高单晶Si和多晶Si电池的电学特性都有重要作用。     

弱光非晶硅太阳电池的研制

讨论了弱光下影响非晶硅太阳电池性能的主要因素,指出要提高弱光下太阳电池开路电压主要应提高太阳电池的并联电阻.用辉光放电法顺序沉积p, i, n三层非晶硅,制作出了弱光非晶硅太阳电池,在200lx白荧光灯照射下,其单位面积最大输出功率达7.76μW/cm2.     

非晶硅薄膜YAG激光微晶化晶粒生长研究

以单晶硅(111)为衬底,以等离子体增强化学气相沉积技术制备的非晶硅薄膜为前驱物,采用YAG激光晶化技术实现从非晶硅薄膜到纳米晶硅薄膜的相变过程。采用X射线衍射仪和原子力显微镜对YAG激光晶化薄膜进行了表征与分析。结果表明:薄膜的晶粒尺寸在纳米级;随着激光脉冲频率的增加,晶粒尺寸先变大后变小,其最佳结晶频率区间为10～12 Hz。     

激光脉冲频率对不同衬底上非晶硅薄膜晶化的影响

应用不同频率的YAG激光分别对单晶硅及多晶硅衬底上的非晶硅薄膜进行了退火处理。晶化后的非晶硅薄膜的物相结构和表面形貌用XRD和AFM进行分析。XRD测试结果表明:随着激光频率的增加,两种衬底上的非晶硅薄膜晶化晶粒尺寸均出现了先增加后降低的现象。所有非晶硅样品的衍射峰位与衬底一致,说明非晶硅薄膜的晶粒生长是外延生长。从多晶硅衬底样品的XRD可以看出,随着激光频率的增加,激光首先融化衬底表面,然后衬底表层与非晶硅薄膜一起晶化。非晶硅薄膜最佳晶化激光频率分别为:多晶硅衬底20Hz,单晶硅衬底10Hz。     

晶体硅太阳能电池激光隔离pn结的研究

在晶体硅太阳能电池生产过程中,为了避免过低的填充因子,电池边缘多余的pn结必须去掉。首先利用激光温度场在硅材料中的分布,得出硅片在纳秒级脉冲激光作用下的融化峰值功率阈值。然后根据此阈值选择合适的激光器进行晶体硅太阳能电池激光隔离pn结的研究。通过激光隔离槽的3D形貌及测试太阳能电池的反向电流和并联电阻寻找最佳激光隔离的工艺参数。通过实验证明,纳秒级脉冲激光隔离能达到并超过化学隔离及等离子隔离的效果,为太阳能电池pn结隔离提供一种经济、环保的方案。     

非晶硅薄膜太阳能电池特性研究

介绍了太阳能电池的工作原理,并给出了太阳能电池的物理模型。设计了室内测试非晶硅薄膜电池输出特性的实验,并对实验结果进行分析。搭建了小型独立光伏发电系统,给出系统的工程设计结构。实验结果表明,太阳能电池的转换效率与室内实验所测得的结果相吻合,证明该系统具有可靠性和高效性。     

双槽电化学腐蚀法制备多孔硅的研究

论述了多孔硅的特点和制备方法,简单介绍双槽电化学腐蚀法的特点,并采用双槽电化学腐蚀法成功制备了多孔硅。多孔硅的扫描电镜(SEM)照片表明,孔径尺寸小,均匀性好,腐蚀结构规则。实验结果表明,衬底导电类型影响着多孔硅的制备条件。