高速沉積微晶硅太陽電池的研究.pdf

1、提高微晶硅薄膜光伏電池的生長速率和轉換效率對其生產成本的降低是至關重要的，然而生長速率的提高經常會伴隨一系列使轉換效率降低的不利因素。本文首先分析了高速沉積時導致微晶硅電池性能降低的原因，然后重點對如何提高高速沉積微晶硅電池的效率進行了研究，主要研究內容和創(chuàng)新工作如下：
　　 ■首先詳細研究了不同沉積速率下制備的微晶硅薄膜特性的差異及其對電池性能的影響。結果發(fā)現，與低速沉積的微晶硅薄膜相比，高速沉積的微晶硅薄膜具有非晶孵化層較厚

2、、縱向結構均勻性較差、晶粒尺寸較大、薄膜致密性較差及薄膜表面粗糙度較大的特點；而這些微結構上的特點使高速沉積微晶硅電池具有較小的填充因子FF和短路電流密度JSC，從而使高速電池的效率低于低速電池；且隨晶化率降低高速沉積微晶硅薄膜縱向結構不均勻性更加顯著，致使最優(yōu)電池的參數窗口變窄。
　　 ■初步研究了微晶硅薄膜中非晶孵化層的形成機理，并探索得到了減小高速沉積微晶硅薄膜中非晶孵化層厚度的方法。研究發(fā)現，與低速沉積不同，高速沉積過程

3、中反應氣體的分解程度和等離子體的電子溫度，都是隨時間增加而增加，且增加的程度較大，這是高速沉積微晶硅薄膜中非晶孵化層較厚的重要原因；減小反應氣體在腔室中的滯留時間可以明顯減小非晶孵化層的厚度，通過總結沉積參數引起非晶孵化層厚度減小的轉折點所對應的氣體滯留時間得知，當微晶硅薄膜沉積速率在1.0nm/s以上時，氣體在腔室中的滯留時間最高不能超過0.05s。對襯底的研究表明，高速沉積pin型微晶硅太陽電池時，選擇晶化率高、晶粒尺寸小和表面粗糙

4、度大的p型材料，可以提高其上生長的本征微晶硅材料的縱向均勻性，提高薄膜質量。
　　 ■在上述對高速沉積微晶硅薄膜特性及其改進方法的研究基礎上，對高速沉積微晶硅太陽電池進行了優(yōu)化研究。其中提出了兩種能夠有效提高高速沉積微晶硅電池效率的方法：(1)通過降低功率和降低硅烷濃度來制備高晶化率的本征型起始層，并應用到電池的p/i界面，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，使電池效率提高約一個百分點；(2)在高速沉積微晶硅

5、薄膜過程中，采用功率梯度降低的方法，即能夠控制微晶硅薄膜縱向微結構的變化，又能夠減小離子對薄膜表面的轟擊作用，從而提高了薄膜質量，使電池效率明顯提高。將上述兩種方法應用到電池中，在微晶硅薄膜的沉積速率為12A/s時，得到光電轉換效率為9.36％(Voc=0.54V， Jsc_25.41mA/cm2，FF=68.02％)的單結微晶硅太陽電池，將其應用到疊層電池中得到效率為11.14％(Voc=1.37V， Jsc=11.92mA/cm2，