Pulsed VHF-PECVD制備微晶硅材料及其在太陽(yáng)電池中的應(yīng)用研究.pdf

1、微晶硅太陽(yáng)電池已成為當(dāng)前硅薄膜光伏電池研究的一個(gè)重點(diǎn)，由其和非晶硅電池組成的非晶硅/微晶硅疊層太陽(yáng)電池已經(jīng)是產(chǎn)業(yè)化關(guān)注的下一代技術(shù)。提高微晶硅薄膜的沉積速率，并同時(shí)提高其質(zhì)量，對(duì)薄膜電池成本的降低和效率的提升具有重大的意義。本文在國(guó)內(nèi)率先開(kāi)展了脈沖調(diào)制的甚高頻等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積技術(shù)制備微晶硅薄膜材料和電池方面的研究。主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　 ⑴探討了脈沖調(diào)制技術(shù)對(duì)等離子體狀態(tài)和薄膜特性影響的機(jī)理，并在較高沉積速率下制備高質(zhì)

2、量的微晶硅薄膜，獲得在太陽(yáng)電池中的應(yīng)用。脈沖調(diào)制頻率和占空比是脈沖調(diào)制技術(shù)的兩個(gè)重要參數(shù)，它們的變化改變了等離子體“ON”和“OFF”時(shí)間的長(zhǎng)短，影響了等離子體的電子密度和電子溫度，以及各種基團(tuán)的反應(yīng)，進(jìn)而影響薄膜材料的特性。
　　 ⑵對(duì)于脈沖調(diào)制頻率來(lái)說(shuō)，在10kHz～100kHz的頻率范圍內(nèi)對(duì)薄膜特性的影響較為顯著，能夠起到明顯的調(diào)制作用。測(cè)試材料的光電特性和結(jié)構(gòu)特性，并通過(guò)OES對(duì)等離子體監(jiān)測(cè)，得出：等離子體“OFF”時(shí)間

3、短于4μs，隨等離子體“ON”時(shí)間增加，薄膜晶化略有增強(qiáng)。等離子體“OFF”時(shí)間大于5μs，隨等離子體“OFF”時(shí)間增加，薄膜晶化程度迅速降低。
　　 ⑶在一定的脈沖調(diào)制頻率條件下，隨脈沖占空比減小，等離子體“ON”時(shí)間縮短，“OFF”時(shí)間增長(zhǎng)，時(shí)間平均的電子密度和電子溫度降低，薄膜中非晶成分增多。適當(dāng)?shù)牡入x子體“OFF”時(shí)間，負(fù)離子向四周擴(kuò)散，或與正離子發(fā)生中和反應(yīng)而消耗，抑制了粉塵的形成和生長(zhǎng)，提高了薄膜質(zhì)量。在脈沖調(diào)制頻率

4、為60～80kHz，占空比為75～85％，制各的薄膜具有(220)晶相擇優(yōu)生長(zhǎng)，缺陷態(tài)密度相對(duì)較低，質(zhì)量較高。應(yīng)用到太陽(yáng)電池中，在脈沖調(diào)制頻率為60kHz，占空比為80％時(shí)，獲得了7.1％的電池效率(Jsc=21.6mA/cm2，Voc=0.49V，F(xiàn)F=0.67，沉積速率為11A/s)。
　　 ⑷優(yōu)化和改進(jìn)P-μc-Si：H窗口層材料。通過(guò)優(yōu)化氫稀釋率和摻雜濃度以及其他影響參數(shù)，獲得了電導(dǎo)率為2.58 S/cm，激活能為O.0

5、3eV，晶化率為38％，厚度約為30nm，適合用作太陽(yáng)電池窗口層的單結(jié)P-μc-Si：H材料。
　　 ⑸為了減薄孵化層，使P-μc-Si：H獲得適當(dāng)?shù)母呔Щ剩瑫r(shí)又提高窗口層材料的其它性能，設(shè)計(jì)了高低結(jié)P-μc-Si：H雙層(P+P-)結(jié)構(gòu)。調(diào)節(jié)第一層和第二層微晶硅P適當(dāng)?shù)暮穸缺壤?，獲得了電導(dǎo)率為3.2 S/cm，激活能為O.024eV，晶化率為44％，厚度約為30nm的高低結(jié)P-μc-Si：H窗口層材料。應(yīng)用到太陽(yáng)電池中，相