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1、第十届中国太阳能光伏会议论文鑫微晶硅薄膜太阳能电池的研究进展王林申,张德贤’,陶科,薛,姜元建,赵敬芳颖南开大学天津摘要硅薄膜太阳电池技术是光伏领域最具低成本优势的光伏技术,目前已成为各国光伏计划支持的重点。相比于非晶硅电池,相变区的微晶硅薄膜太阳电池几乎没有光致衰退,且具有良好的长波段光谱响应特性,可以和非晶硅薄膜电池相结合制备成叠层电池。而当电池衬底使用柔性薄膜材料后,薄膜电池的研制工艺技术更具。,重点关注有特殊性本文回顾了硅基薄膜电池的研究历史于微晶硅薄膜电池的研究进展以及制备在柔性衬。底上电池的特殊性关键词太阳能电池非晶硅
2、微晶硅柔性衬底前言由于硅基薄膜太阳电池制备技术工艺简单、材料成本低、便于大面积连续生产,在价格上具有与常规能源,因此吸引了许多团队的研究兴趣。,由相竞争的潜力在硅基薄膜太阳电池中于非晶硅薄膜的光学带隙左右,对红光和红外川,此外,非晶硅电池有不可克服的光之衰退效应区域的长波段太阳辐射不敏感。,人们对其也使得电池的性能不稳定自从年和首次制备了微晶硅薄膜以来展开的大量。,,的研究微晶硅的制备可以采用与非晶硅相兼容的技术具有接近单晶硅的光学带隙可将光谱响应扩展到红外区域和几乎没有光致衰退效应一,其提高效率的潜力很大,成为国内外研发的重点,
3、是国际公认的新一代硅基薄膜太阳电池材料。年团队提出了、以微晶硅为底电池非晶硅为顶电池的亚层电池的概念,这种电池结合了非晶硅及其制备技术的优点和微晶硅良好的长波段响应和稳定性好的优一,。’”。点高效率登层电池已经被若干个研究小组报道其中最高效率达到了以上的各种电池都可以制,一一,、、备在柔性的塑料衬底上这样就可以采用卷对卷的制备技术适合大面积连续性自动化的工业生产,为降低电池的陈本奠定了坚实的基础。在柔性衬底的太阳能电池的制作中,年时的研究人员提出了概念’,为柔性塑料衬底电池制备提出了一个新方法,下面会详。细的介绍这种方法微晶硅的墓
4、本性质微晶硅材料分为本征微晶硅和掺杂微晶硅材料,掺杂材料又分为型和型。文献中提到的微晶硅电池都。,,是指用本征微晶硅作为电池的吸收层层现在人们对微晶材料光电性质关注的同时也把光电性质与微一。、,。’’】结构联系起来一般认为微晶材料是由非晶成分晶粒晶粒间界和空洞组成的混合相材料微晶硅最重要的特性体现在微结构,其性质主要有晶化率、结晶择优取向、晶粒大小、组分的键和情况等。在年,等人发现在高氢稀释和低衬底温度下,生长的微晶硅薄膜中柱状晶粒是形态学上的主要特点。’通讯作者张德贤,男副教授。一血面薄膜硅太阳电池及材料随着氢稀释率的降低,材料
5、开始从微晶向非晶过渡,并且柱状晶粒开始向圆球状的晶粒转变’“。图所示的是微晶硅薄膜的暗场透射电子显微镜的图像,从这两个图中可以看出高氢稀释下的柱状生长已差不多完全贯,对,,柱状的晶粒穿薄膜比大的柱状晶粒在右下角有孪生的小晶粒和左部分的碎小晶粒当氢稀释率降低时长度比薄膜厚度要小,并且柱状的直径比高氢稀释时小,但柱状晶粒的密度大,同样也存在孪生和碎小晶粒。一般制备的微晶硅在生长方向上是不均匀的’,在生长的起始阶段是一层非晶孵化层,其后是晶核形,,、聚结就形成了完全的微晶。成区这个区域导致了其后的非晶微晶混合层随着晶粒的长大区域图微晶硅
6、薄膜暗场透射电子显微镜图像,分别是,硅烷浓度,等离子频率为︸︸】,祖翩圳斌娜回伪坦。。三誉一。一一豁豁截一一一一一曰卜—一礴川一图微一晶硅微结构随粉硅烷浓度增加而变化的示意图微晶硅的微结构随着沉积条件的变化是不同的,图显示了随着硅烷浓度的增加而产生的变化,在左边的高晶化率如前所述,从高晶化率到非晶相的过渡中,柱状晶粒逐渐减小,同时晶粒间的非晶相越来越多,并且阻止了柱状晶粒的侧向生长。值得注意的是图右边所示的材料不是典型的非晶硅,而是在非晶网络中嵌着几个纳米的微小晶粒,有的文献中把这种材料叫做纳米微晶硅或纳米非晶硅【’,这种材料的光
7、电特性与非晶。硅有着明显的不同一微晶硅性质的表征微晶硅晶化率的研究主要,一,这个峰对应着晶体硅中以拉曼散射谱为手段单晶的拉曼散射峰在处。,一。一的类模式对于晶化率比较高的微晶硅薄膜类模式通常在处而非晶硅的类模式在,一,’。“处微晶硅薄膜中在处有一弱峰这个峰是归因于在微晶硅中孪生晶粒边界处六角形硅的出现通常用如下公式计算材料的晶化率第十届中国太阳能光伏会议论文集一一,一。这里是和《处的高斯峰面积之和是处非晶硅的高斯峰面积衍射谱能够确定晶粒的尺寸与方向,衍射模式可以揭示主要方向,也可以显示,。沉积的薄膜首先出现处的衍射峰,随着薄膜的生
8、长,方向的峰越来越强,显示了方向的。一’择优取向晶粒尺寸可以由公式估计求得兄△需要说明的是该公式仅适用于球形微晶粒,而带有优先方向的薄膜具有长柱针状的晶粒,因此—,。射线衍射谱分析将相当大的低估了晶粒尺寸只有用显微横截面才能够完成对结构形貌的评估、
