微晶硅电池的制备及提高其效率的优化

采用甚高频等离子体增强化学气相沉积(VHF-PECVD)技术制备了不同硅烷浓度系列的微晶硅电池。结果表明:电池的开路电压随着硅烷浓度的增大而逐渐增加,而电池的短路电流则先增加后减小,在转折点电池的效率达到最大,填充因子则变化不明显;(220)择优取向出现,I(220)/I(111)比值大,电池的短路电流密度也大,电池的效率也最高;在实验的范围内,电池的短路电流密度和厚度成正比例关系;首次在国内制备出了效率达7.3%,短路电流密度(Jsc)为21.7mA/cm2,开路电压(Voc)为0.52V,填充因子(FF)为65%的微晶硅电池。     

VHF-PECVD法高速率沉积氢化微晶硅薄膜

采用光发射谱(OES)技术对氢化微晶硅(μc-Si：H)薄膜的甚高频等离子体增强化学气相沉积(VHF-PECVD)生长过程进行了原位监测,并对不同沉积条件下VHF等离子体中SiH和H的发光峰强度与薄膜沉积速率之间的关系进行了分析与讨论。通过Raman光谱、X射线衍射与扫描电子显微镜(SEM)测量,研究了μc-Si：H薄膜的结构特征与表面形貌。基于当前的沉积系统,对μc—Si：H薄膜沉积条件进行了初步优化,使μc—Si：H薄膜的沉积速率提高到2．0nm／s。     

微晶硅材料和电池特性的相关研究

主要采用甚高频等离子体增强化学气相沉积技术制备了系列微晶硅材料和电池。通过对材料电学特性、结构特性和电池间性能关系的研究,获得了高效率微晶硅薄膜太阳电池所对应材料的基本特性:暗电导在10~(-8)s/cm量级上,光敏性大于1000,晶化率约50%。进行了制备电池的开路电压和表观带隙之间关系的研究。     

氢化微晶硅薄膜制备过程中的氧污染问题

采用光发射谱(OES)测量技术,实时监测了不同本底真空制备条件下氢化微晶硅(μc-SiH)薄膜沉积的氧污染程度.样品的X光电子能谱(XPS)与傅立叶变换红外吸收光谱(FTIR)测量结果表明不同氧污染条件下制备所制备μc-SiH薄膜中,氧以不同的键合模式存在.氧污染程度较低时,氧主要表现为O-O与O-H键合;氧污染严重时,则以Si-O键合占主导.通过Raman光谱、电导率与激活能的测量进一步发现μc-SiH薄膜的结构特性与电学特性随沉积过程中氧污染程度不同发生显著的变化,而且这种变化不同于氧污染对a-SiH薄膜的影响.     

SOI材料上硅薄膜电池的研究

用注氧隔离法在单晶硅衬底中形成SiO2隔离层,制备成SOI(SiliconOnInsulator)衬底,用快速化学汽相沉积(RTCVD)法在此衬底上制备硅薄膜,热扩散形成PN结,制备成薄膜太阳电池,电池表面钝化及减反膜采用的是等离子增强化学气相沉积(PECVD)方法制备的SiN,薄膜电池的电极全部由正面引出,制成的23μm厚薄膜电池的光电转换效率为8 12%(1×1cm2,AM1 5,23℃)。扩展电阻的测量表明电池有良好的PN结特性;量子效率测量表明SiN比常规的热氧化SiO2有更好的减反射和钝化作用;电池的暗特性表明电池具有较高的串联电阻,并分析了正面引电极对串联电阻的影响。     

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.     

热丝辅助MWECR-CVD法沉积氢化非晶硅薄膜研究

为了降低a-Si:H薄膜中的氢含量,提高其稳定性,在我们MWECR-CVD系统中引入了热丝装置,热丝对等离子体的热辐射使等离子体升温,既促进了气体的进一步分解和电离,获得较多的低氢原子基团,也减少了活性高硅烷聚合物的生成,从而使薄膜中的(SiH2)n的含量降低。同时,热丝对样品表面提供的热辐射和光辐射也可以进一步降低薄膜的氢含量。实验结果表明,用这种装置沉积的a-Si:H薄膜,氢含量可降低到4.5at%左右,稳定性明显增强,光敏性也有一定改善。     

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。     

RTCVD工艺制备poly—Si薄膜太阳电池的研究

报道了快速热化学气相沉积（ＲＴＣＶＤ）工艺制备多晶硅（ｐｏｌｙ－Ｓｉ）薄膜及电池的实验和结果。采用ＳｉＨ２Ｃｌ２作为原料气体，衬底温度为１０３０℃时，薄膜的生长速率为１０ｎｍ／ｓ。发现薄膜的平均晶粒度及载流子迁移率与衬底温度和材料有关。用该薄膜在未抛光重掺杂磷的硅衬底上制备１ｃｍ２的ｐ＋ｎ结样品电池，无减反射涂层，其转换效率为４．５４％（ＡＭ１．５，１００ｍＷ／ｃｍ２，２５℃）。     

非晶孵化层对高速生长微晶硅电池性能的影响

采用高压高功率的甚高频等离子体增强化学气相沉积(VHF-PECVD)技术,以不同的反应气体总流量制备出沉积速率大于1nm/s、次带吸收系数(α0.8eV)小于2.5cm-1且具有相同晶化率的本征微晶硅薄膜,然而将其应用在微晶硅电池中时,电池性能却有明显差异.通过对微晶硅电池的光、暗态J-V,量子效率(QE)和微区拉曼(Raman)测试发现,微晶硅薄膜中非晶孵化层厚度的不同是引起电池性能差异的主要原因.反应气体总流量较低时沉积的微晶硅薄膜具有较厚的非晶孵化层,阻碍了载流子的输运,使电池的长波光谱响应下降,从而降低了电池的短路电流密度与填充因子;而增加总气体流量,有效减小了微晶硅薄膜中的非晶孵化层的厚度,从而使电池性能得到改善.最后在总气体流量为500sccm时,制备得到沉积速率为1nm/s,效率为7.3%的单结微晶硅太阳电池.     

颗粒硅带多晶硅薄膜太阳电池的研制

以工业硅粉为原料制备出颗粒硅带（SSP），对颗粒硅带表面形态进行了分析。以SSP为衬底，采用快速热化学气相沉积（RTCVD）法生长多晶硅薄膜，并以此制作出效率为2．93％的颗粒硅带多晶硅薄膜太阳电池，这在国内属首先。并报道了对以SSP为衬底的多晶硅薄膜太阳电池的初步研究结果，同时讨论了该类电源的结构、工艺特点和改进措施。     

以SiF4+H2为气源PECVD法低温制备多晶硅薄膜

采用常规的PECVD法在低温(≤400℃)条件下制得大颗粒(直径＞100nm)、高迁移率(～20cm2/vs),择优取向(220)明显的多晶硅薄膜.选用的反应气体为SiH4和H2混合气体.加入少量的SiH4后,沉积速率提高了将近10倍.通过本实验,我们认为在低温时促使多晶硅结构形成的反应基元应是SiFmHn(m+n≤3),而不可能是SiHn(n≤3)基团.     

多晶硅薄膜太阳电池

对已经取得较普遍应用的Si体太阳电池来说，开发新技术以降低电池的制造成本是目前该领域最重要的努力方向之一。尽管通过优化制造工艺可以在一定程度上进一进降低单晶Si和多晶Si体太阳电池的成本，但要进一大幅度地降低Si太阳电池的成本似乎是只能依赖于新一代的多晶Si薄膜电池。多晶Si薄膜电池因其转换效率高、寿命长和工艺简化等优点而极具潜力。本文从材料制备、材料性能和有关工艺等方面对多晶Si薄膜太阳电池的发展现状作了介绍。     

模拟非硅衬底上转换效率10%的多晶硅薄膜太阳电池

在重掺杂非活性单晶硅片上生长一定厚度的SiO2，开窗口后作为衬底，利用快速热化学气相沉积（RTCVD）及区熔再结晶（ZMR）方法制备多晶硅薄膜太阳电池。由于采用了区熔再结晶（ZMR）的方法，获得了取向一致的多晶硅薄膜,为薄膜电池的制备打下了良好的基础,转换效率达到10．21％。     

温度对多晶硅太阳电池性能影响的研究

对商业用冶金级和太阳能级多晶硅太阳电池不同温度下的性能参数做了分析,验证了太阳能级硅电池的性能优势。实验结果表明,随着温度T的升高,开路电压V_(oc),最大输出功率P_m,转换效率η近似线性下降,短路电流I_(sc)近似线性上升,填充因子FF的实验值和理论值变化趋势一致,当T40℃时,FF随T升高明显下降。对开路电压V_(oc)随温度T升高的线性下降速率dV_(oc)/dT进行定量分析。dI_(sc)/dT变化量与dV_(oc)/dT相比可以忽略。