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。     

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.     

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.     

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%。     

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。     

P型微晶硅碳的性能研究及其在柔性衬底太阳电池中的应用

采用RF-PECVD技术,将甲烷(CH4)作为碳的掺杂源沉积P型微晶硅碳薄膜材料,主要讨论P型微晶硅碳材料的结构和性能随CH4掺杂量的变化。采用X射线衍射仪(XRD)、Raman光谱仪和傅里叶变换红外吸收光谱仪(FTIR)对薄膜的结构进行表征。随CH4掺杂量的增加,材料的暗态电导率σd减小,薄膜的晶化程度降低。通过调整CH4的掺杂量得到暗态电导率σd为0.15S/cm和光学带隙Eg大于2.0eV的P型微晶硅碳材料。将其应用到PEN柔性衬底非晶硅薄膜太阳电池上,得到电池效率为5.87%。     

低温制备硅薄膜的晶粒尺寸研究

利用等离子体增强（PECVD）法和快速热处理（RTP）法分别在玻璃衬底上制备了硅薄膜.用光谱测试仪器,对2种方法制备的硅薄膜进行了研究.结果显示,各种制备参数对增大薄膜晶粒尺寸存在一个最佳点;总的来说,RTP法制备的晶粒尺寸大于PECVD中制备的晶粒尺寸.     

无硒气氛退火下掺入Sb2S3提高CIGS薄膜晶粒尺寸的研究

将一薄层Sb_2S_3置于Cu(InGa)Se_2(CIGS)薄膜与Mo薄膜之间,于不含硒源的惰性气氛中退火,发现随Sb_2S_3厚度的增加,CIGS薄膜的晶粒尺寸显著增大,薄膜的择优生长面由(112)晶面向(220/204)晶面转变。为阐明晶粒的生长机理,研究退火温度对Sb_2S_3掺杂的CIGS薄膜的晶粒尺寸和物相的影响规律,发现薄膜在450～500℃之间晶粒尺寸增大显著。在实验结果的基础上提出一种气相促进晶粒生长的模型和液相促进晶粒生长的模型。