PECVD法與HWCVD法沉積微晶硅薄膜與太陽電池.pdf

1、為了降低微晶硅薄膜太陽電池的發(fā)電成本，進一步提高電池的沉積速率與轉(zhuǎn)換效率至關(guān)重要，為了達到這個目的，本論文主要進行了以下兩個方面的研究。 首先，我們在PECVD中結(jié)合VHF與高壓高功率(hphP)來實現(xiàn)微晶硅薄膜材料與電池的高速生長。與傳統(tǒng)的低壓低功率(lplP)下沉積的薄膜材料相比，hphP下沉積的薄膜顯示了良好的光電性能，表明了它們作為硅基薄膜太陽能電池光吸收層的適用性。此外，本文系統(tǒng)地研究了輝光功率、氣體壓力、總氣體流量、

2、硅烷濃度(SC)與電極距離等沉積參數(shù)對太陽能電池的沉積速率(RD)與性能的影響，在優(yōu)化的沉積條件下，本文在超過10(A)/s的沉積速率下獲得了具有當(dāng)時世界紀(jì)錄效率(9.8％)的微晶硅單結(jié)p-i-n電池?；谏鲜龅难芯拷Y(jié)果，我們提出，等離子中存在適當(dāng)比例的原子H與硅烷基團[SiHx](x=0，1，2，or3)]對最優(yōu)電池材料的生長非常重要，當(dāng)改變沉積條件時，H/SiHx的比例也發(fā)生改變，我們必須改變其他沉積條件來保持適當(dāng)?shù)腍/SiHx比例

3、以達到維持最優(yōu)電池材料生長的目的，而其中改變SC是最簡單與最直接的方法。本文也著重研究了i層材料與太陽電池性能的關(guān)系，我們在國際上率先使用拉曼結(jié)構(gòu)深度探測法對微晶硅電池在生長方向上的結(jié)構(gòu)均勻性進行研究，并證實在高速生長的微晶硅電池中存在著結(jié)構(gòu)演變，而結(jié)構(gòu)演變損害了電池的短波響應(yīng)。 其次，我們比較了由PECVD與HWCVD沉積的微晶硅薄膜材料與電池。我們發(fā)現(xiàn)在很大的晶化率范圍內(nèi)，HWCVD電池比PECVD電池具有更高的VOC與FF

4、，而且HWCVD電池能在更高的VOC(～600mV)下保持良好的性能。通過對電池的光譜響應(yīng)與暗態(tài)特性的比較，本文發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致上述兩種電池差異的原因是HWCVD電池具有更好的p/i界面特性。在PECVD電池中引入由HWCVD沉積的本征微晶硅p/ibuffer層改善了PECVD電池的p/i界面特性，并且?guī)缀跬耆藘煞N電池之間的差異，這反過來證明p/i界面的差異是導(dǎo)致電池性能差異的主要原因。我們使用了拉曼深度探測法、TEM與局部電子衍射法等方

5、法研究電池的結(jié)構(gòu)特征，發(fā)現(xiàn)這兩種電池在生長方向的結(jié)構(gòu)已經(jīng)非常均勻，因此，我們沒有觀察到HW-buffer層具有抑制孵化層與結(jié)構(gòu)演變的功能，另外，在PECVD電池使用非晶HW-buffer層在i層中引入了結(jié)構(gòu)演變，但是它仍然提高了電池的VOC與FF，因此我們可以斷定在生長方向上的均勻性不是導(dǎo)致PECVD與HWCVD電池之間的差異的原因。將HW-buffer應(yīng)用到PECVDhphP電池中，我們在11(A)/s的RD下獲得了10.3％的轉(zhuǎn)換效