非晶硅太阳能电池工作原理及进展

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1、非晶硅太阳能电池工作原理及进展本文由yy19880602贡献pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。维普资讯http://www.cqvip.com、非晶硅太阳能电池工作原理及进展　、／徐温元　　　（开大学电子科学系）南　自１　９６年以来，晶硅基台金作为一种新型的电子材料，７非由于它的优异的光电特性，它在太阳能　使电池及其他方面具有广泛的应用前景，而推动着人们对这羹材料特性进行深人研究。近几年国际上　从有关这方面的研究工作发展迅速，已形成一个新技术产业部门．非晶硅太阳能电池的转换效率和电弛　面积也都有明显的提高和增太．本文综

2、述了非晶硅材料特性，电池工作原理及最近发展．　一、非晶硅材料特性　移率虺　非晶硅基合金材料包括氢化非晶硅ａｓ：—ｉ　了　Ｈ、非晶碳化硅ａＳ　ｘ　Ｈ、非晶氮化硅　－ｉＣ：ｓ１ｉ…Ｎ：Ｈ、非晶锗硅ａＳｌ—ｉ…Ｇｅ：等一系列　Ｈ犍　材料．类台金均可在较低的温度下（３Ｏ）这＜０℃　以等离子化学气相沉积方法（ＣＶＰＤ）在较广　泛的衬底材料（玻璃、属、高温塑料）生　如金及上成大面积薄膜．　１非晶硅舍金的带隐及悬挂键　．远程无序的．对理想晶态半导体来说，我们已　卷市崖（ｍ　?ｅＰ　　ｃ）图ｌ非晶态半导体态密宦分布示意图　　带隙宽度．非晶硅的带隙宽度约等于１７Ｖ，　．ｅ　同．这种不同

3、与非晶硅中含有１％以上的氢　　　０非晶硅与晶体硅不同之处是其原子排列是　晶体硅的带隙宽度为１ＩＶ，二者有明显的不　．ｃ能用能带理论阐明其导电机理，即电子或空穴　有关．再者，在非晶硅中掺人适量的锗（ｅ、若Ｇ）　可“由”运动于扩展的导带或价带之中，并　碳（或氮Ｏ，可以形成不同的硅基合金即　自地ｃ）Ｎ）则具有较高的迁移率，而处于导带和价带之间的　非晶锗硅合金禁带态密度为零．对非晶态半导体来说，由于　ａＳｌ—ｉ…Ｃ：Ｈａｓ　—ｉ一Ｇｃ：　非晶碳硅台金　Ｈ，或非晶氮硅台金ａｓｌ—ｉ…Ｎ：　Ｈ．原子排列非长程有序，即材料中存在着各种不　各种合金的带隙宽度随掺人量（的变化而变．　）

4、　完整性（键长、角不相等和材料中存在空洞　表１列出几种常见合金的带隙宽度．从迁移率　如键　或Ｅ，内分布的带尾的态密度近似以指　向等）导致在描述非晶态导电机理时虽也有类似　边Ｅ，于晶态的导带和价带，但它分成扩展态和局域　数规律降到～１“ｃ　?Ｖ的悬挂键态密度．　／ｍｅ０　态．在扩展态中，子和空穴的迁移率明显低　所谓悬挂键是指非晶硅中的而电ｓ原子未成共价　ｉ１１　０／９于晶态材料，只相当于晶态材料载流子迁移率　键的电子态．由射频溅射或电子束蒸发方法制　的Ｉ％或更低．谓局域态即载流子不能在其中　备的非晶硅膜，其悬挂键态密度可高达所输运的一种态，而且载流子是连续分布于导带　ｃ

5、　ｅ　由等离子体化学沉积法制备的非晶　ｍＶ．或价带附近，故局域态又称为带尾，如图Ｉ所　硅膜中含有大量的氢，可有效地与非晶硅中的　示．带尾的宽窄与原子排列无序程度有关，即　悬挂键结合形成ｓ—键，使悬挂键态密度降　ｉＨ无序程度愈高带尾分布愈宽．　低．悬挂键分布在带隙的中部，并起复合中心　图中Ｅ，Ｅ，迁移率边，占到占．间称　的作用．悬挂键态密度越低，则材料的载流子　　称　之物理　６５５?　维普资讯http://www.cqvip.com表Ｉ几种非晶志半导体的帝隙宽度　　可使此材料成为ｐ型或ｎ型的导电材料，其电　导率可增至约ｌ－（?ｍ）０２Ｑｃ～．对于台有微晶　成分的非晶硅材

6、料，电导率可更高．其　Ｃｕｒｅ（Ｓ（晶）！ｓ≈ＣＪ）多ｉ　寿命越长．对于高质量的非晶硅材斟，其悬挂　键态密度可低于ｌ“ｃ　／ｍ　ｅ　０Ｖ．嚣　表ｌ中各种非晶硅基合金（）量从０１　分．逐　渐增加时，带隙宽度也逐渐增大．其　ｚ戢流子的输运过程　．非晶硅材粒受光照或外电场注人时将产生　菲平衡载流子，这些载流子在被复合之前在扩　展态输运过程中，有一部分载流子将被带尾局　域态所陷获，而被陷的载流子由于声子协助可　重新激发回到扩展态．这种过程在载流子通过　材料时可多次重复发生，直至载流子穿通材料　崔　波长＾ｒ）　ｎ　图２非晶硅基合金与晶体硅光吸收系敲的比较　达到另一电极．由于这种

7、多次陷阱效应，导致　３光吸收特性　．了载流子迁移率的下降．对未掺杂的本征非晶　导率为ｌ－一１　（?ｍ）Ｏｔ　０Ｑｃ～．通过掺硼或磷　非晶硅基合金材料的光吸收特性与晶体硅　由图２可以看出，非晶硅在可见光部分比晶　硅材料来说，是电子导电，般用ｉ示，电　材料差别很大，２给出几种材料的光吸收谱．这一表图　侣／钛　－’２０　０Ａ～＿　Ｇ　Ｉ０２０Ａ　１　Ｂ．ＯＤＩＡ　ｐ．１０Ａ　０ａ　ｅＨ　　Ｓ：ＴＣ０　图３（）Ｉ玻璃为衬康的单结电｝（为玻璃，ＴＣ为ｓｏ镀面透明导电膜，ａ三【电ＧＯｎ　　Ｂ为缓冲层，ｎ为掺磷ｎ型电于导电材料，ｐ为掺礤Ｐ型空穴导电材料，，（，＋’