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。     

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。     

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.     

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。     

衬底及其温度对铝诱导非晶硅薄膜晶化的影响

利用磁控溅射镀膜技术,采用不同温度在玻璃、单晶硅衬底上溅射α-Si/Al膜,并在N_2气氛中进行快速光热退火;利用X射线衍射(XRD)仪和拉曼散射光谱仪对薄膜样品进行表征分析。结果表明:单晶硅衬底有利于α-Si/Al膜的晶化;衬底温度从室温到200℃之间逐渐升高,薄膜的晶粒尺寸及晶化率增加;随着温度进一步升高,薄膜的晶粒尺寸及晶化率又降低。单晶硅衬底上200℃时α-Si/Al膜可直接晶化。通过计算,得出衬底参数对薄膜的晶相比、晶粒尺寸、带隙及界面体积分数的调制关系。     

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。     

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.     

工艺条件对CuAlO2透明导电薄膜光电性能的影响

采用溶胶-凝胶工艺制备CuAlO_2透明导电薄膜,研究退火气氛、温度及溶胶浓度对薄膜结构和光电性能的影响。研究表明:薄膜在真空退火下存在金属Cu,导电性能良好;氩气下退火为3R晶型的CuAlO_2,导电性能较好;空气下退火CuAlO_2相分解为CuAl_2O_4和CuO,几乎不导电。700℃或更低温度退火不能使CuAlO_2薄膜充分晶化,但超过800℃时,薄膜中会出现较多孔洞与裂纹。750℃下退火薄膜的导电性最佳,800℃退火薄膜具有最高的透光率和最大带隙值。溶胶浓度为0.35 mol/L时,薄膜电导性最好,超过0.35 mol/L后,薄膜的透光率随溶胶浓度的增大而显著降低。     

大面积纳米硅基薄膜太阳电池及制造设备的开发

该文工作主要集中在用于制备非晶硅和纳米硅薄膜太阳电池的多腔室、大面积等离子体沉积系统的研发。在制备工艺方面,系统研究沉积压力、电极间距、射频电源功率等参数对薄膜沉积速率、膜厚的非均匀性、晶化率的影响;在硬件设计方面,对不同弦高气盒,密封结构气盒和非密封结构气盒进行系统比较,研究对薄膜的非均匀性、沉积速率的影响。通过工艺参数及硬件优化,最终得到沉积速率接近5?/s、晶化率约为60%、晶化率及膜厚的非均匀性均小于10%的纳米硅薄膜。以此膜层制备技术为基础,在1.1 m×1.4 m面积的透明导电玻璃基板上制备出初始功率为154.97 W(全面积转换效率10.1%)的非晶硅/纳米硅双结叠层太阳电池。     

退火对活性层P3HT:PCBM性能的影响

采用匀胶机旋涂成膜的方法在手套箱中制备了P3HT:PCBM薄膜,详细研究了退火处理对薄膜的吸收、晶体结构以及表面形貌的影响,并全面阐述了它们之间的联系。结果发现退火后薄膜的吸收增强,吸收峰的峰位有所红移,通过XRD测试研究表明是因为薄膜出现了不同程度的晶化,主要是P3HT发生了部分晶化。对表面形貌进一步研究发现退火后薄膜的表面粗糙度有所增加,并形成了一定清晰可见的互穿网络,薄膜发生品化,使薄膜性能得到大大改善。将优化得到的材料用于太阳电池中,电池结构为glass/ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/Al,在AM1.5,100mW/cm~2条件下测试获得电池效率1.41%。