纳米硅薄膜太阳能电池的制备和性能研究

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1、学号：08117104常州大学硕士学位论文纳米硅薄膜太阳能电池的制备和性能研究研究生叶枫指导教师丁建宁学科、专业名称凝聚态物理研究方向低维材料与微纳器件2011年5月StudiesonthesynthesisandpropertiesofnanocrystallinesiliconthinfilmsolarcellADissertationSubmittedtoChangzhouUniversityByFengYe(CondensedMatterPhysics)DissertationSupervisor:Prof.Jian-NingDingMa

2、y，2011中文摘要目前人类面临的环境污染和能源危机越来越严峻，开发可再生的清洁能源迫在眉睫。太阳能作为绿色能源，取之不尽，又无污染，是人类实现可持续发展的重要途径。到2010年，全球的太阳能电池发电总量已达到4GW，每年的增幅更是达到了30%。目前较为普及的晶体硅太阳能电池存在成本较高，原材料消耗较大的问题，而非晶硅又存在光致衰减，其他化合物太阳能电池对环境有污染。氢化纳米硅薄膜太阳能电池由于避免了前者的缺点，越来越被人们所重视。氢化纳米硅(nc-Si:H)是一种硅纳米晶粒镶嵌在(a-Si:H)网络里的硅纳米材料。纳米尺寸效应使其拥有优异的光敏

3、性、光电特性、高电导率、高光吸收系数和高光学带隙，其光电导在光照条件下衰减较小。量子尺寸效应使纳米硅薄膜的光学带隙与薄膜的晶态比和晶粒大小具有一定的变化规律。其优异的特性可用于制备氢化纳米硅(nc-Si:H)薄膜太阳能电池。氢化纳米硅(nc-Si:H)/单晶硅(c-Si)异质结太阳能电池既发挥了晶体硅高迁移率的优势，又利用了低温的薄膜沉积工艺，同时，电池的制备工艺简单，拥有实现制备低成本、高效率太阳能电池的发展前景。本论文主要研究内容如下：1、利用等离子增强化学气相沉积(PECVD)制备掺磷(nc-Si:H)薄膜，分析射频功率、硅烷浓度、衬底温度

4、以及掺杂浓度对(nc-Si:H)薄膜的晶态比、晶粒大小、电导率和光学带隙的影响。通过调整工艺，优化了掺磷(nc-Si:H)薄膜的微结构和性能，为制备HIT异质结太阳能电池和p-i-n太阳能电池做好了铺垫。2、介绍了nc-Si:H(N)/a-Si:H(I)/c-Si(P)异质结薄膜(HIT)太阳能电池的原理，制备过程；研究了N层掺杂浓度、厚度对HIT太阳能电池性能的影响；研究了有无本征层以及本征层的厚度对电池的影响；研究了Al2O3钝化层对电池性能的影响。关键词:氢化纳米硅薄膜;异质结太阳能电池;等离子增强沉积IABSTRACTAtpresent,

5、humanbeingsarefacingwithsevereenvironmentalpollutionandenergycrises.Developingcleanandrenewableenergyresourcesisimminent.Asaninexhaustibilityandsanitaryenergy,solarenergyprovidesapromisingprospectonthecomingdevelopmentway.By2010,thetotalpowergeneratedbythesolarcellinthewholew

6、orldhasreached4GW;thegrowthratealmostreached30%everyyear.Nowadays,themostpopularsolarcellissiliconbasedonsolarcells,suchascrystallinesiliconsolarcellandamorphoussiliconsolarcell.However,thecrystallinesiliconsolarcellisexpensive,andtheamorphoussiliconsolarcellhastheproblemofli

7、ghtattenuation.Andothercompoundthinfilmsolarcellscouldcauseenvironmentalpollutionproblem.Thehydrogenatednano-crystallinesilicon(nc-Si:H)thinfilmsolarcellcanavoidalltheseshortcomings,soitisgettingmoreandmoreattentionbyresearchers.Hydrogenatednano-crystallinesilicon(nc-Si:H)thi

8、nfilmisakindofnanosiliconmaterialwhichcomposesofnano-scaledsilicongr