非晶硅太阳电池薄膜材料的制备及其光电特性研究

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目前,单晶硅、多晶硅太阳能电池占据着市场的90%的份额,但是由于其太阳电池制备工艺复杂,耗材多,高温过程,耗能大,成本高,制约了其普及与应用。与单晶硅和多晶硅太阳能电池相比较而言,硅基薄膜太阳能电池用料省,材料与电池制备一次成型,工艺简单,低温过程,耗能少,成本低,具有广阔的发展前途。非晶硅薄膜电池由于其高的光吸收系数,低温,能够在廉价衬底或柔性衬底上大面积的沉积,极大地降低了成本,因而得到了较大的推广。但是非晶硅薄膜太阳能电池相比晶体硅电池而言转换效率普遍不高,在实验室的最高的转换效率只有13%左右,生产线上的效率不超过10%,并且在光照条件下其光电转换效率会下降(及光致衰退效应),这就极大地限制了它的应用。为了更好的发挥非晶硅薄膜材料的效益,需要进一步改善非晶硅薄膜材料的质量,研究非晶硅薄膜材料的制备工艺,进一步增加非晶硅薄膜材料对红外光的吸收,减少缺陷态密度,尤其是注意改善非晶硅薄膜中的亚稳态结构,非晶小晶粒化,以提高非晶硅薄膜材料的稳定性。当前,制备非晶硅薄膜的工艺技术有等离子体化学气相沉积,磁控溅射,以及热丝化学气相沉积等工艺。而在工业化生产线上主要采用射频(13.56MHz)等离子体增强化学气相沉积技术。本论文采用常规的射频等离子体化学气相沉积技术,通过控制工艺参数,优化薄膜质量,并通过引入大流量的氢气,提高氢稀释度,小晶粒化非晶硅薄膜材料,以提高其稳定性,用氢原子钝化薄膜内部的硅悬键,以提高其光电性能,并对其光电特性进行了表征。本论文介绍了太阳能电池的发展,非晶硅薄膜的特性,非晶硅薄膜的制备与表征。使用射频等离子体增强化学气相沉积技术,通过改变射频功率与沉积气压,了解这两参数对制备出薄膜的沉积以及光电特性的影响。结过表明:在较低气压的条件下,非晶硅薄膜的沉积速度是先增大后减小,光学带隙宽度的变化与其相反。薄膜材料的暗电导是随着功率的增加是先减小后增大,光敏性表现的与其相反。并且在较低的功率条件下薄膜更容易被氧化。而在较低的射频功率条件下,通过改变沉积气压,薄膜的沉积速度是先增大,增大到一定值之后,其变化就不太明显,其光学带隙也是先减小后增大,并且变化缓慢,暗电导表现的是一种减小的趋势,光敏性有一个先增大后减小的过程。最后选择一个较低气压与较小功率的条件进行扫描电镜测试,发现非晶硅薄膜材料是以小晶粒生长,无任何生长趋势,呈现均匀各向同性生长。
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