MOCVD-ZnO中間層對非晶硅-微晶硅疊層太陽電池性能的影響.pdf

1、非晶硅/微晶硅疊層太陽電池由于可以充分的吸收利用太陽光，比非晶硅基電池有更高的穩(wěn)定效率，因而成為新一代低成本硅基薄膜電池。但是，非晶硅/微晶硅疊層電池電流受非晶硅頂電池限制，若通過增加頂電池厚度的方法來增大電流，又會使電池的穩(wěn)定性降低。將中間層應(yīng)用于非晶硅/微晶硅疊層電池中，可以增大頂電池的光生電流，在不增加頂電池厚度的情況下實現(xiàn)頂、底電池電流匹配，從而提高疊層電池的穩(wěn)定效率。本文將采用MOCVD法制備的ZnO應(yīng)用于p-i-n/p-i-

2、n型的非晶硅/微晶硅疊層電池中作為中間層，研究了ZnO中間層對疊層電池性能的影響。
　　 首先，研究了40～1500nm不同厚度的本征ZnO中間層對疊層電池性能的影響。研究結(jié)果表明，不同厚度的ZnO中間層的加入都能提高頂電池600～750nm波段的QE，但是對350～600nm波段QE的影響不同：ZnO厚度大于100nm時，該波段QE隨厚度增大而大幅降低，并均低于不加中間層的頂電池QE;小于100nm時，加入ZnO中間層的頂電池

3、QE均高于不加中間層的QE，而且隨厚度增大QE有小幅度提高，并且對頂電池電流密度的提高都大于1mA/cm2。對于底電池的QE均隨ZnO厚度增大而降低。進一步研究發(fā)現(xiàn)，疊層電池的Voc和FF隨ZnO厚度增大而減小。其原因在于ZnO中間層厚度越大，表面粗糙度越大，表面的“V”形谷越深越明顯，這導(dǎo)致了在ZnO中間層上生長的微晶硅底電池中出現(xiàn)裂縫和空洞，使材料結(jié)構(gòu)變得疏松，底電池性能劣化，因此使得整個疊層電池的Voc和FF減小。而當(dāng)ZnO厚度較

4、小時，表面粗糙度小，相對更加“平坦”，對微晶硅的生長影響不大，不影響疊層電池Voc和FF。因此，考慮到中間層對疊層電池Voc和FF的影響以及對頂電池QE的提高、底電池QE不能有太大損失，ZnO中間層厚度在40～60nm為宜。
　　 其次，在上述研究基礎(chǔ)上選取了對疊層電池性能影響相差較大的三種厚度(40nm、100nm和500nm)，研究了不同厚度下?lián)诫s水平不同(B2H6流量為1-5sccm)的ZnO中間層對疊層電池性能的影響。結(jié)

5、果發(fā)現(xiàn)，ZnO厚度不同時，不同摻雜水平ZnO中間層對頂電池在600～750nm波段的QE都有提高，但是對頂電池在350～600nm波段QE的影響是不同的：dZnO=40nm時，摻雜不產(chǎn)生影響；dZnO=100nm時，摻雜有害；dZnO=500nm時，摻雜有利。當(dāng)ZnO厚度為100nm和500nm時，底電池QE隨摻雜水平提高而降低；而ZnO厚度為40nm時，變化趨勢相反。因此，在ZnO厚度較小時，應(yīng)提高其摻雜水平來對底電池產(chǎn)生有利影響。進

6、一步研究發(fā)現(xiàn)，ZnO中間層較厚時，摻雜使疊層電池的Voc減小、FF增大；較薄時，摻雜對疊層電池Voc和FF沒有影響。因此，綜合考慮以上情況，在實驗范圍內(nèi)選取B2H6流量5sccm摻雜水平的ZnO中間層以提高疊層電池性能。
　　 再次，選擇40nm厚度、B2H6流量為5sccm的B摻雜ZnO中間層應(yīng)用于非晶硅/微晶硅疊層電池中，優(yōu)化了微晶硅底電池p層的晶化率，減小了底電池i層孵化層厚度，使底電池光吸收增強。然后通過沉積背反射電極的