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《北京交通大学》 2011年
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PECVD制备非晶硅薄膜及其对HIT太阳电池性能的影响

铁剑锐  
【摘要】:HIT太阳电池以高效率,低成本和快速制备工艺引起国内外的广泛关注。目前HIT太阳电池的领跑者日本三洋公司己将实用尺寸双面的HIT太阳电池效率提高到23%。 HIT太阳电池的性能主要由本征层、窗口层和透明电极决定。本工作通过对这三层的结构和光电特性的研究分析,优化其制备条件,达到增加光吸收和提高载流子的分离与传输的目的,提高实验室水平单面HIT太阳电池的性能。采用PECVD法制备作为电池窗口层和本征层的非晶硅薄膜;磁控溅射法制备透明电极;利用少子寿命较高的n型晶体硅作为基底。 第一、研究了本征层——本征氢化非晶硅薄膜,得出氢气流量对薄膜结晶影响很大,较小的氢气流量使薄膜呈良好的非晶状念,此时受结晶影响较大的光暗电导率分别为:σd为7.95×10-11(Ω·cm)-1,σph为4.22×10-5(Ω·cm)-1,其比值为5×105。沉积功率和压强主要影响薄膜沉积速率。而薄膜的光学禁带宽度主要与定域态密度有关,制备出的薄膜最小禁带宽度为1.7 eV。优化后的制备条件是:沉积功率为50 W,沉积压强为200 Pa,氢气流量为160 sccm。通过本征层厚度对电池性能影响的研究,得出本征层主要影响电池短路电流,最佳本征层厚度为5 nm。 第二、研究了窗口层——P型非晶硅薄膜。由于掺杂剂的掺入使得薄膜的暗电导率提高4、5个数量级,也使薄膜呈现很好的非晶状态,当掺杂浓度为1.5%时薄膜的禁带宽度为2.2 eV。p型非晶硅薄膜优化后的制备条件是:沉积功率为50 w,沉积压强为200 Pa,掺杂浓度为1.5%,氢气流量为75sccm。经过研究窗口层掺杂浓度和厚度对HIT太阳电池性能的影响,我们得出窗口层主要影响电池的开路电压和短路电流,最佳掺杂浓度为1.5%,最佳厚度为30 nm。 第三、研究了透明电极——ITO,我们制备出平均透过率为90%,电阻率为0.003Ω·cm的ITO薄膜,并应用于HIT太阳电池中。优化后的制备条件是:溅射功率为350 w,衬底温度为200℃,氩气流量为40 sccm。ITO厚度的提高使得电池的填充因子有明显的提高。 经过分层优化,改善了电池的性能,尤其是短路电流有了明显的提高。在本研究中,最佳的Ag/ITO/p-a:Si/i-a:Si/n-c:Si/Al结构的单面HIT太阳电池性能参数分别为:开路电压为430 mV,短路电流为40.45 mA/cm2,填充因子为49.6%,转换效率为8.63%。
【学位授予单位】:北京交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TM914.41

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