论文部分内容阅读
纳米晶硅薄膜具有高的光吸收系数、高稳定性及量子尺寸效应等特性，纳米品硅/晶体硅异质结太阳能电池具有实现高效率太阳能电池的潜能。热丝化学气相沉积技术(HWCVD)具有结构简单、气体利用率高、高原子氢含量以及无离子等优点，因此采用热丝化学气相沉积技术制备纳米晶硅/晶体硅异质结太阳能电池具有实现高效率低成本硅太阳能电池的发展前景。围绕这个研究方向开展以下几方面工作：
系统研究了HWCVD过程中不同沉积参数对n型纳米晶硅薄膜电导率、晶态比和缺陷态密度的影响，获得了不同晶态比和电导率的n型器件质量纳米晶硅薄膜，最高的电导率可达到20S/cm。研究了HWCVD技术制备薄膜硅的致密性问题，发现要获得致密且稳定的薄膜硅材料，需要高的背景真空、较低的晶态比和较低的衬底温度。
通过C-V和C-F测试研究了不同氢处理时间(tH)和缓冲层氢稀释度(SHi)条件下异质结太阳能电池的界面缺陷态，结果表明通过适当的氢处理，界面层缺陷态密度从3×10(17)cm-3减小到5.1×10(15)cm-3，太阳能电池的Voc增加110mV，Jsc提高了2.6mA/cm2。纳米晶硅缓冲层的引入可以进一步改善界面，提高太阳能电池性能。通过高分辨透射电镜(HRTEM)观察了不同SHi条件下太阳能电池的界面，发现薄膜硅是外延生长的。不同氢处理时间条件下异质结太阳能电池的暗I-V测试结果显示合适的氧处理时间可以降低与复台机制相关的0.15～0.45V偏压区的暗电流，减小反向饱和电流，提高太阳能电池性能。
研究了HWCVD过程中不同沉积参数和工艺参数条件下太阳能电池的性能和光谱响应，优化了太阳能电池各层的厚度和工艺参数。采用热蒸发技术制备出高透过率(＞90％)低方块电阻(20Ω/□)的ITO薄膜，并应用到纳米晶硅/晶体硅异质结太阳能电池的制备中。
通过数值模拟计算分析了能隙宽度、缺陷态密度和掺杂浓度对纳米晶硅/晶体硅异质结太阳能电池性能的影响，发现纳米晶硅代替非晶硅以后，太阳能电池的短路电流增大，主要是由于太阳能电池短波响应的改善。当界面缺陷态密度Ni＞1017cm-3eV-1时，太阳能电池的短路电流和开路电压均减小。
在模拟计算基础上，通过优化太阳能电池界面和各层工艺参数，我们制备出新颖的结构为Grid/ITO/n-nc-Si:H/i-nc-Si:H/p-c-Si/Al的异质结太阳能电池，Voc=576.3mV，Jsc=40.84mA/cm2，FF=73.75％，η=17.36％，面积为1.2cm2，达到同类电池国际先进水平。
为了产业化的应用，研究了HWCVD沉积薄膜硅的大面积均匀性问题，运用Stefan-Boltzman定律和Lambert定律，建立热丝辐射到衬底上的能量分布计算模型，通过计算发现采用非均匀和非线性的热丝结构的催化器可以有效地改善薄膜厚度均匀性，应用上述模型，实验获得了12×12cm2大面积均匀性薄膜硅。