a-Si：H/c-Si异质结太阳电池薄膜制备工艺及其优化

【摘要】：随着光伏产业及其市场的发展,开发高效率、低成本的太阳电池已成为主要研究方向。非晶硅氢薄膜／晶体硅(a-Si:H/c-Si)异质结太阳电池结合了晶体硅与薄膜硅技术的优点,具有制备工艺温度低和转换效率高等特性。日本松下已在产业规模上证实其效率可达到23%；然而其技术严密封锁,故迄今为止它仍然是光伏界研究热点。本文针对其结构中的本征钝化层、掺杂硅基薄膜层及透明导电薄膜的制备工艺展开研究并优化,主要研究内容和结果如下。 1.用PECVD法沉积a-Si:H薄膜,研究不同工艺参数对a-Si:H薄膜性能的影响,以钝化后硅片的少子寿命表征其钝化效果。研究表明：随本征层厚度增加,硅片少子寿命先增而后下降；少子寿命随着衬底温度增加,先增加,达到200℃时开始下降；少子寿命随射频功率增大先增大后减小；随着沉积气压增加,少子寿命也是先增大,而后呈减小趋势；氢气稀释比能够提高少子寿命,但是氢气稀释比过高反而降低了少子寿命。最佳制备工艺获得的平均少子寿命达849μs,对应表面复合速率低至1cm/s。非晶氧化硅(a-SiOx:H)钝化层相比于a-Si:H钝化层,在15～45Pa气压范围内,表现出更稳定的钝化效果,硅片表面复合速率均低于10cm/s,最低达到3cm/s,其潜在开路电压(Implied Voc)在730mV以上。 2.采用磷烷(PH3)和硼烷(B2H6)掺杂制备n型及p型掺杂硅薄膜。所获最优掺杂效果如下：p型非晶硅在功率为50W,气压为20Pa,获得最低电阻率,为5.8Ω·cm；n型非晶硅在功率10W,气压50Pa,获得电阻率最低,为0.12Ω·cm。 3.采用磁控溅射法制备氧化铟锡(ITO)作为晶体硅异质结电池的透明导电层,优化其工艺参数。结果显示：在氩氧气比为3/10000、溅射功率为70W、衬底温度250℃时得到电学性能较优的ITO薄膜,电阻率约为3.7×10-4Ω·cm。本文采用电化学工作站定性分析了ITO与各薄层间的接触,得知ITO与A1电极,ITO与掺杂非晶硅之间均是良好的欧姆接触。