高速單室沉積微晶硅膜太陽電池的研究.pdf

1、單室和高速沉積是降低硅基薄膜太陽電池成本的有效方法，也是加快其產(chǎn)業(yè)化進程中必須攻克的難題之一。本文采用高頻高壓高功率的技術(shù)路線進行微晶硅材料的高速沉積，并在國內(nèi)首次嘗試在單室VHF-PECVD系統(tǒng)中開展高速制備微晶硅薄膜太陽電池的研究工作。論文主要內(nèi)容如下：
　　 (1)首先分析了激發(fā)頻率、功率密度、反應氣壓、電極間距、氣體流量、硅烷濃度等因素對微晶硅材料特性的影響?？偨Y(jié)出獲得高速高質(zhì)量微晶硅可遵循的技術(shù)途徑。(a)選定沉積系統(tǒng)

2、所用頻率。在保證有效功率饋入的前提下，高的頻率易于得到較高的沉積速率。(b)氣壓和電極間距相互匹配，當其它參數(shù)保持不變時，僅改變氣壓或電極間距，沉積速率和晶化率的變化范圍較大，但都存在一個最佳匹配點。(c)調(diào)節(jié)輝光功率是尋找硅烷耗盡點的最直接有效方法。隨著輝光功率的增大，沉積速率和晶化率都會有一個先增大后減小的趨勢，硅烷耗盡點的選擇一般選擇在出現(xiàn)下降前的區(qū)域。(d)調(diào)節(jié)硅烷濃度、氣體流量等也可對薄膜進行優(yōu)化。本文在一定的沉積區(qū)間內(nèi)(較高

3、壓力7-9Torr、較小電極間距5mm-7mm)均可得到晶化率40％以上的微晶硅材料（沉積速率2nm/s左右）。
　　 (2)初步研究了高速微晶硅薄膜的沉積過程。發(fā)現(xiàn)薄膜的沉積速率、晶化率、RMS隨薄膜的沉積都會有一定的變化過程；且這三者的變化趨勢能夠很好的進行對應。這有利于幫助更好的理解高速微晶硅的生長過程。高速微晶硅在沉積初期有一個較厚的非晶孵化層，其沉積速率是逐漸增大的；當沉積速率開始下降時，薄膜出現(xiàn)晶化；之后晶化率和沉積

4、速率均呈增大趨勢。而RMS在薄膜出現(xiàn)晶化之前有一定的降低，之后再隨晶化率的增大也有一個上升趨勢。本文通過后通硅烷法，有效的解決了高速沉積微晶硅非晶孵化層較厚、縱向結(jié)構(gòu)均勻性較差的問題，并且明顯的增大了薄膜成核密度。
　　 (3)因本文采用單室VHF-PECVD工藝高速制備微晶硅電池，故希望p/i/n三層均采用相同的電極間距（5mm左右）。為此，p層的制備也需采用相對較高的壓力來保證輝光。對p型微晶硅材料電學特性和晶化率與氫稀釋率

5、、摻雜比之間關系進行了研究。結(jié)果表明：高壓沉積既能夠提高生長速率，也有利于降低電子溫度，減小粒子轟擊，得到的微晶硅薄膜比較致密，粗糙度較小。通過優(yōu)化組合各沉積參數(shù)，在厚度為30nm左右時，獲得了最大電導率為2.6S/cm、晶化率Xc=40%左右，沉積速率2.9(A)/s，RMS=2.05nm的p型微晶硅材料。
　　 (4)在上述高速制備微晶硅薄膜材料和p材料的特性研究基礎上，在單室VHF-PECVD系統(tǒng)中進行了高速制備微晶硅太陽

6、電池的初步研究。提出了兩種能夠有效提高單室高速制備微晶硅太陽電池效率的方法：(a)使用高氫稀釋、高氣壓、低功率密度的方式沉積本征緩沖層，并應用到電池的p/i界面。其作用主要有：高氫稀釋沉積，可刻蝕掉腔壁上的硼產(chǎn)物，使其一部分被抽走，減小了硼對本征層的污染厚度；高壓沉積，薄膜較為致密，可有效抵抗后續(xù)i材料高能離子轟擊；高晶化率，對后續(xù)i層生長起到很好的籽晶層作用，不僅能夠減小非晶孵化層厚度，而且能夠降低界面缺陷態(tài)密度。(b)通過改變高速制

7、備i層時的硅烷通入時間，優(yōu)化高速制備微晶硅電池性能。一方面輝光初期的高氫稀釋率可降低一部分硼污染；另一方面硅烷通入時間的不同會對p/i界面和后續(xù)i層的生長產(chǎn)生一定影響。
　　 (5)最終，本論文在單室VHF-PECVD系統(tǒng)中，在微晶硅薄膜的沉積速率為20.8(A)/s情況下，獲得光電轉(zhuǎn)換效率為5.27%(Jsc=20.04mA/cm2，Voc=0.50V,FF=52.23%)的單結(jié)微晶硅薄膜太陽電池。
　　 綜上所述，本