【摘 要】
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太阳能电池由于其成本低、清洁、可再生、环保等优点成为解决能源需求紧张的主要方式之一。硅化物半导体材料二硅化钡（BaSi2）由储量丰富的、无毒的Ba元素和Si元素组成,该材料有1.3 eV适合转换太阳光的带隙,在可见光区有超过3×10~4cm-1高光吸收系数,本征BaSi2的少数载流子寿命约10μs,少子扩散长度超过10μm,这些参数都说明BaSi2材料是一种有潜力的薄膜太阳能电池材料。目前基于Ba
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太阳能电池由于其成本低、清洁、可再生、环保等优点成为解决能源需求紧张的主要方式之一。硅化物半导体材料二硅化钡（BaSi2）由储量丰富的、无毒的Ba元素和Si元素组成,该材料有1.3 eV适合转换太阳光的带隙,在可见光区有超过3×10~4cm-1高光吸收系数,本征BaSi2的少数载流子寿命约10μs,少子扩散长度超过10μm,这些参数都说明BaSi2材料是一种有潜力的薄膜太阳能电池材料。目前基于BaSi2薄膜太阳能电池器件的研发还处在起步阶段,本论文围绕BaSi2的理论器件结构设计和BaSi2薄膜的制备为目标,首先对基于BaSi2材料的器件进行了设计、仿真和讨论;之后在低阻Si衬底上展开了BaSi2薄膜的生长工作,并初步制备了基于BaSi2的肖特基器件,获得了良好的整流特性,具体工作如下:（1）设计了n-BaSi2/p-Si异质结和p+-BaSi2/n-BaSi2同质结电池器件结构,并利用SCAPS-1D仿真软件对电池器件进行仿真,结果表明由于Si和BaSi2之间存在较大的能带偏移,影响少数载流子传输,使得n-BaSi2/p-Si异质结电池器件的理论效率只有接近12%;对于p+-BaSi2/n-BaSi2同质结,本文通过优化窗口层和吸收层的载流子浓度、窗口层厚度、吸收层厚度以及吸收层的缺陷浓度,得到了超过25%的理论转换效率;同时我们还探讨了n+-Si衬底对其上同质结电池器件性能的影响,并指出当在n+-Si衬底和n-BaSi2吸收层之间插入n+-BaSi2缓冲层,形成p+-BaSi2/n-BaSi2/n+-BaSi2/n+-Si这样的结构,可以大大降低Si衬底对电池性能影响。（2）低阻Si衬底上BaSi2薄膜的生长,采用了四种不同的低阻Si衬底,分别为B掺杂p型Si衬底（B/p-Si）以及Sb、As、Ph掺杂的n型Si衬底（Sb/n-Si、As/n-Si、Ph/n-Si）,并重新优化了生长条件如种子层、衬底温度、Ba/Si比例等,获得了具有高结晶质量、良好表面形貌的BaSi2薄膜;之后着重讨论了低阻Si衬底中掺杂原子在薄膜生长过程中的扩散问题并分析了其扩散机理,为器件的制备提供参考。（3）通过Al/BaSi2肖特基结的制备及Ⅳ特性研究,进一步佐证了衬底中的掺杂原子对薄膜性能的影响,我们发现As、Sb的进入,更容易导致n-BaSi2载流子浓度的上升,而B、Ph虽然极易扩散,但难以激活,对导电类型和载流子浓度影响较小;最后利用PECVD在BaSi2表面沉积a-Si:H对BaSi2薄膜进行了钝化,显著提高薄膜的光电响应性能。这些工作对后续基于BaSi2薄膜的太阳能电池的设计与制备有着重要的促进和参考作用。
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