各層薄膜材料結(jié)構(gòu)對(duì)高速微晶硅電池性能的影響.pdf

1、高速沉積微晶硅薄膜對(duì)于降低微晶硅電池的生產(chǎn)成本至關(guān)重要,但同時(shí)高速沉積也會(huì)造成微晶硅材料結(jié)構(gòu)的不同。與低速微晶硅相比,高速沉積的微晶硅薄膜有較厚的非晶硅孵化層、縱向結(jié)構(gòu)均勻性較差等問(wèn)題,從而導(dǎo)致電池性能降低。高速沉積微晶硅的結(jié)構(gòu)不僅與沉積條件有關(guān),還受襯底的影響。為了優(yōu)化高速微晶硅電池的性能,需要深入研究各層材料的結(jié)構(gòu)對(duì)高速微晶硅電池性能的影響。論文主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　 首先,研究了不同TCO對(duì)P層結(jié)構(gòu)和電池性能的影響。結(jié)果

2、發(fā)現(xiàn):ZnO襯底上P層的晶化率要高于SnO2上P層的晶化率,促進(jìn)P層晶化的TCO有利于提高電池的短波響應(yīng)；表面形貌尖銳的“V”形TCO會(huì)誘導(dǎo)電池吸收層內(nèi)部微空洞的產(chǎn)生,缺陷態(tài)多,結(jié)構(gòu)疏松,使得電池長(zhǎng)波響應(yīng)低,Voc和FF也最小,電池后氧化嚴(yán)重,引起明顯的自然衰退；而表面形貌光滑的“U”形TCO上沉積的電池,吸收層缺陷態(tài)少,結(jié)構(gòu)比較致密,電池長(zhǎng)波響應(yīng)、Voc和FF較好,電池基本沒(méi)有自然衰退。因此,用于高效微晶硅電池前電極的TCO,除了要有

3、較好的光電特性外,還要能夠有效促進(jìn)P層晶化,具備光滑的表面形貌有利于生長(zhǎng)出優(yōu)質(zhì)的本征微晶硅材料。
　　 其次,研究了沉積條件對(duì)P層結(jié)構(gòu)的影響和不同P層結(jié)構(gòu)對(duì)高速微晶硅電池性能的影響,并得到適合用于微晶硅電池的P層結(jié)構(gòu)特性。研究發(fā)現(xiàn),通過(guò)調(diào)節(jié)摻雜濃度、沉積溫度、H2稀釋率和輝光功率都能有效地控制P材料的晶化率,改變H2稀釋率是改變材料晶粒尺寸和表面粗糙度比較有效的方法。不同P層造成電池性能差異的主要因?yàn)槭怯蒔層引發(fā)的Ⅰ層結(jié)構(gòu)的不同

4、。適合用于高速微晶硅電池的P層應(yīng)具備如下特性:晶化率在30-45％之間,晶粒尺寸范圍在3.5-4.5nm,表面粗糙度RMS在2-4nm之間。
　　 再次,研究了Ⅰ層結(jié)構(gòu)對(duì)高速微晶硅電池性能的影響,確定了適合用于高速微晶硅電池的Ⅰ層結(jié)構(gòu)特性:電池Xcb488的最佳范圍在30％-50％之間,XCb633和Xcf633最佳范圍分別為52％-58％和59％-66％,Ⅰ層的晶粒尺寸應(yīng)大于17nm；電池的微結(jié)構(gòu)因子R最佳范圍在35％-50％

5、之間,當(dāng)R大到60％時(shí),電池性能明顯變差,且出現(xiàn)嚴(yán)重的后氧化現(xiàn)象；電池的表面粗糙度>100nm時(shí),電池能獲得較大的Jsc。
　　 最后,通過(guò)對(duì)微晶硅各層結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化,得到了Eff=8.46％(Voc=0.524V,Jsc=25.03mA/cm2,FF=0.645)的單結(jié)微晶硅電池；在疊層電池中,進(jìn)一步調(diào)節(jié)P層結(jié)構(gòu)并調(diào)整底電池厚度,獲得了Eff=11.63％(Voc=1.352V,Jsc=13.69mA/cm2,FF=0.629)