聚酰亚胺衬底三结硅基薄膜太阳电池初步探索

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1、------------------------------------------------------------------------------------------------聚酰亚胺衬底三结硅基薄膜太阳电池初步探索第12届中国光伏大会暨国际光伏展览会论文（非晶硅、微晶硅和纳米硅薄膜电池）段波涛徐正军叶晓军刘成杨君坤周丽华上海空间电源研究所sd2006dbt@163.com摘要：摘要：对作为a-Si/a-SiGe/a-SiGe三结叠层太阳电池中的a-SiGe子电池参数进行了调整，获得了

2、锗烷（GeH4）流量与电池光电特性的关系，进而在聚酰亚胺柔性衬底上初步制备了a-Si/a-SiGe/a-SiGe三结叠层太阳电池，电池开路电压Voc=2082mV，填充因子FF=0.519，由量子效率（QE）积分获得的总短路电流密度Jsc=20.2mA/cm2。此电池的短路电流密度和填充因子不够理想，本文对原因进行了分析，并通过对电池进行了光学模拟后，指出合适的ITO厚度有利于提高电池在短波方向的响应，进而提高电池性能。关键词：关键词：薄膜太阳电池；三结叠层电池；柔性衬底1引言以非晶硅（a-Si:H）

3、和非晶硅锗（a-SiGe:H）材料为体系的多结叠层电池已被广泛研究[1-4]，由于这种体系的电池易在卷对卷设备上实现连续化和大规模生产，现已实现产业化。而柔性衬底上多结叠层电池的研究多以不锈钢衬底上的双结结构为主，塑料衬底上三结叠层电池的研究的报道很少，国内几乎空白。本文工作集中于聚酰亚胺柔性衬底上a-Si:H/a-SiGe:H/a-SiGe:H三结叠层电池的研究，并在线列式五——————————————————————————————————————-------------------------

4、-----------------------------------------------------------------------室PECVD设备初步制备三结电池，通过对电池结果分析，讨论了三结电池制备过程中GH4流量、带隙渐变结构对三结电池中中底电池的重要影响，以及合理的电流匹配对提高三结电池性能的重要影响。并通过模拟分析讨论了ITO对电池短波方向光谱响应的影响，提出了通过优化ITO厚度、合理的GH4流量和带隙渐变结构、以及合理的电流匹配改善电池性能的方案。底电池和a-SiGe:H中间电

5、池I层均采用带隙渐变结构[5-7]，GeH4流量范围0~5sccm。顶电池P层采用P型纳米硅材料，底电池和中间电池P层都使用P型非晶硅材料。三结叠层电池各子电池的量子效率（EQE，实际为外量子效率）在一定的偏光和偏压下获得，并对AM1.5光谱积分算得积分电流密度。所得电池的伏安特性曲线采用标准AM0太阳模拟器测量，得到AM0光谱下的短路电流和电池效率。3结果与讨论3.1GH4流量的优化在制备三结叠层电池过程中，为获得较为合适的a-SiGe:H底电池生长条件，通过调节本征层工艺过程中的GeH4流量，可以

6、改变本征层薄膜中的Ge含量和本征层带隙。实验在已沉积了Ag/ZnO背反射器(BR)的聚酰亚胺柔性衬底上生长不同Ge掺杂条件下的单结a-SiGe:H电池，这样更加接近三结叠层电池中底电池的情况，电池参数随GeH4流量的变化如图1所示。2实验三结叠层电池生长在沉积了Ag/ZnO背反射器(BR)的聚酰亚胺柔——————————————————————————————————————----------------------------------------------------------------

7、--------------------------------性衬底上，器件结构为：PI衬底/Ag层/ZnO层/a-SiGe:H底电池/a-SiGe:H中间电池/a-Si:H顶电池/ITO顶电极。采用卷对卷磁控溅射设备在75μm的聚酰亚胺薄膜上分步沉积Ag背电极术，由线列式五室PECVD设备制备，最后再在卷对卷磁控溅射设备中沉积ITO顶电极，由ITO顶电极定义电池面积为0.5cm2。其中，各子电池均采用PIN结构，制备各层时射频频率13.56MHz，I层沉积压强100~120Pa，馈入功率15~25

8、W，沉积温度180~200℃。a-SiGe:H和ZnO背反射层，电池各层均采用RFPECVD技Voc(mV)GH4flow(sccm))2mc/Am(csJGH4flow(sccm)FFGH4flow(sccm)图1不同GH4流量下a-SiGe:H底电池Voc、Jsc、FFFig.1Performanceofa-SiGe:Hbottomcellsvs.GH4flux.可以看到，在GeH4流量在0~4.5sccm范围增加时，电池本征层材料中的Ge含量上升，