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.     

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。     

基于溅射后腐蚀ZnO的单结微晶硅太阳电池中的陷光研究

采用甚高频等离子体增强化学气相沉积(VHF-PECVD)技术,研究衬底表面形貌和电学特性的变化对微晶硅单结太阳电池性能的影响。通过对不同腐蚀时间溅射ZnO∶Al衬底及基于此的微晶硅单结电池进行研究发现:衬底表面横纵特征尺寸可通过腐蚀时间进行有效调控,光电性能的权衡使其存在最优化衬底腐蚀时间,从而使微晶硅单结电池达到最大光吸收和高电学性能。对衬底陷光结构和电池工艺进一步调整,获得初始效率达10.01%的单结微晶硅薄膜太阳电池,将其应用到非晶硅/非晶硅锗/微晶硅三结叠层电池中,电池效率可达14.51%。     

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。     

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。     

非晶硅薄膜太阳电池的研究进展及发展方向

介绍了非晶硅薄膜太阳电池的最新研究进展,微纳光学结构和金属表面等离子体特性引入到非晶硅薄膜太阳电池可大大降低薄膜厚度和提高光电转换效率。叠层串联的非晶硅太阳电池及非晶硅和多晶硅、单晶硅组成的异质结结构可增加宽带太阳光谱吸收范围,提高光电转换效率,是非晶硅薄膜电池的发展方向。     

非晶硅锗三迭层电池的工艺优化

该文报道了University of Toledo近两年在三叠层非晶硅锗太阳电池方面的研究进展.使用PECVD技术在不锈钢衬底上制备三结太阳电池,经过工艺优化后,电池效率达12.7%.文中研究了三结电池中的P、I层的生长条件对电池特性的影响,认为在非晶硅与微晶硅的过渡区存在着一种过渡态,可使电池的性能达到最佳.文中还研究了P、I界面的匹配和过渡层对电池性能的影响.     

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.     

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。     

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。     

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。     

沉积温度和激光刻线功率对a-Si材料H含量及电池组件效率的影响

系统研究了非晶硅本征层的沉积温度和激光刻线功率对薄膜电池组件性能的影响。各非晶硅薄膜(P层、I层和N层)采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)制备。I层的光学带隙随着沉积温度的升高而降低,同时也引起电池转换效率的变化。采用傅里叶红外分析检测I层的H含量及键合方式,H含量及键合方式的变化是引起光学带隙变化的根本原因。激光刻线的形貌采用光学显微镜作微观分析,而采用不同激光功率刻线后,薄膜电池的性能也有所差异,结果显示7.5μJ是最合适的功率。     

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。     

VHF-PECVD制备微晶硅材料及电池初步研究

研究了用甚高频等离子体增强化学气相沉积(VHF-PECVD)方法制备的不同沉积气压下的微晶硅薄膜样品。随着沉积气压的逐渐增大,样品的沉积速率也逐渐增大;样品的光敏性和激活能测试结果表明：随气压的变化两者发生了规律性一致的变化;傅立叶变换红外(FTIR)测试表明制备的样品中含有一定量的氧,使得样品呈现弱n型;室温微区喇曼光谱测试分析得到样品的微晶化特征与IR的分析是一致的,用高斯函数对喇曼谱解谱分析定量得出了晶化程度;分析了H处理p／I界面对电池性能的影响;首次在国内用VHF-PECVD制备出效率达4．24％的微晶硅电池。     

PECVD SiO_2-SiN_X叠层钝化膜的研究

首先使用正交设计法对SiN_X和SiO_2膜的PECVD(等离子体增强化学气相沉积)特性进行了研究,分别得到了两种膜的最佳沉积条件。然后使用PECVD在P型多晶硅片发射极上沉积了SiO_2-SiN_X叠层钝化膜,并与SiN_X单层钝化膜进行比较。通过测试硅片在退火前后少子寿命的变化,考察了两种钝化膜对太阳电池发射极的钝化效果,结果表明SiO_2-SiN_X叠层膜具有更好的钝化效果。利用反射率测试仪测试了两种膜的反射率,其反射率曲线基本相同。最后,测量了采用该叠层膜制作的太阳电池的量子效率和电性能,其短路电流和开路电压均比采用SiN_X单层膜的电池要好,转换效率提高了0.25%。     

富硅氧化硅薄膜低温沉积和微观结构调整

采用等离子体化学气相沉积(PECVD)技术通过改变N_2O流量低温制备不同微观结构的镶嵌纳米晶硅的富硅氧化硅(nc-Si/SiO_x)薄膜,利用傅里叶变换红外(FTIR)透射光谱和Raman光谱技术研究薄膜中氢含量和氧含量变化及其对薄膜晶化度、纳米晶硅粒子大小、薄膜混合相比例的影响。实验表明,随着N_2O比例增加,由于逐渐增强的氧化反应阻碍了纳米晶硅的生长,导致晶硅比例减少和非晶成分增加,同时薄膜晶化度下降。混合相中晶界的比例随N_2O先增后减,当N_2O达到一定值时形成稳定界面。     

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。     

多晶硅太阳电池的等离子体预处理研究

采用H2、NH3和H2 NH3等离子体在沉积氮化硅薄膜之前对多晶硅片进行预处理,采用等离子增强化学气相沉积(PECVD)制备氮化硅薄膜,然后印刷烧结.利用准稳态光电导衰减法(QSSPCD)、傅里叶红外光谱仪(FT-IR)和紫外可见近红外分光光度计(UV-VIS)等手段研究了等离子体预处理对多晶硅少子寿命的影响以及等离子体预处理对氮化硅薄膜FTIR光谱的影响和多晶电池性能的影响.结果表明:经等离子体预处理后多晶硅的少子寿命有所提高,使用H2 NH3混合等离子体预处理后,制备的多晶电池的性能有明显提高,短路电流能提高约7%.     

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)。     

管式PECVD法沉积的SiyNx/SiOxNy叠层膜的研究

本文对采用管式等离子体增强化学气相沉积(PECVD)法沉积的氮化硅与氮氧化硅(Si_yN_x/SiO_xN_y)叠层膜进行了实验研究,结果表明:在硅片正面镀膜时增加SiO_xN_y膜层,既可以增强正面的钝化效果,还可以降低对光的反射率,增加光吸收率,从而提升太阳电池的短波响应能力,通过对膜层组分和反应气体流量等工艺参数进行匹配优化,使太阳电池的光电转换效率提升了0.07%;利用Si_yN_x/SiO_xN_y叠层膜抗氧化、抗钠离子的特性,使太阳电池的抗电势诱导衰减(PID)性能提升了22%。