硅锗薄膜材料的RF-PECVD法制备及其在太阳电池中的应用

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1、河北工业大学硕士学位论文硅锗薄膜材料的RF-PECVD法制备及其在太阳电池中的应用摘要硅锗薄膜材料具有吸收系数高、带隙窄(1.1~0.66eV)的优点，可大幅提高太阳光的吸收效率并拓宽光谱响应范围，从而提高太阳电池的转换效率。硅锗合金薄膜材料可用于叠层电池中，且叠层电池具有结构好，能提高光电转换效率、降低光致衰退和提高光谱响应范围等优点，因此，激起了国内外对硅锗合金薄膜电池极大的研究热情。本文采用射频等离子化学气相沉积（RF-PECVD）技术制备了硅锗薄膜。系统研究了氢稀释率、锗烷浓度以及薄膜中

2、锗含量、反应气压、辉光功率、电极间距和衬底温度等对硅锗薄膜光电特性和结构特性的影响。结果表明：在实验研究的范围内，材料的暗电导率随着沉积温度的升高、锗烷浓度的增加、沉积压强的降低、氢稀释率的降低而增加；材料的光敏性随衬底温度的升高、辉光功率的增加、沉积压强的增加、锗烷浓度的降低、氢稀释率的降低而增加。通过实验研究，在衬底温度为175℃，锗烷浓度为5%，氢稀释率为24，总气体流量约为200sccm，沉积压强为3Torr，辉光功率为90W的时候，获得了光敏性达5×105的非晶硅锗薄膜材料，其生长速度

3、为0.08nm/s；在衬底温度为175℃，锗烷浓度为1.4%，氢稀释率为82，总气体流量约为400sccm，沉积压强为3Torr，辉光功率为60W的时候，获得了适合做太阳电池有源层的微晶硅锗薄膜材料，经过Raman三峰拟合其晶化率为41%，其光敏性达2×104，其生长速度为0.04nm/s。将上述优化的非晶硅锗材料应用于太阳电池的本征吸收层，制备了一系列非晶硅锗太阳电池，电池采用的结构为：glass/SnO2/p-ａ-Si:H/i-ａ-SiGe:H/n-nc–Si:H/Al，研究了非晶硅锗材料的

4、光电特性、结构特性对太阳电池性能的影响，获得了转换效率η=4.29%的ａ–SiGe薄膜太阳电池，通过优化p/i界面的buffer层结构，适当延迟锗烷气体的开启时间，使得电池的填充因子FF从46%上升到了53%，最终获得了转换效率为4.99%的ａ–SiGe薄膜电池。关键词：射频-等离子体化学气相沉积，硅锗薄膜，硅锗太阳电池，光暗电导率i硅锗薄膜材料的RF-PECVD法制备及其在太阳电池中的应用THERESEARCHOFSiGe:HALLOYTHINFILMBYRF-PECVDANDITSAPPLI

5、CATIONINSOLARCELLABSTRACTBecauseofthehighabsorptioncoefficientandthenarrowbandgap(1.1~0.66eV)ofsilicon-germanium(SiGe)thinfilm，ithastheabilitytoexpandabsorptionofsolarspectrumandimprovetheconversionefficiencyofthesolarcells.AndtheSiGethinfilmsinthetr

6、iplejunctionsolarcellshavegoodstructureandhavetheabilitytoimprovetheefficiencyandstability.Soithasattractedagreatdealofresearchinterestingforsolarcellsapplication.Thesilicon-germaniumthinfilmsusedinthisstudywerefabricatedbyRF-PECVDsystem.Severalserie

7、sofsilicon-germaniumthinfilmsfabricatedunderdifferentsubstratetemperatures,dischargepowers,hydrogendilutions,germaneconcentrations,reactivepressures,distanceofelectrodeandsoonhavebeenstudied.Theresultsindicatedthatthedarkconductivityincreasedwiththei

8、ncreaseofsubstratetemperatureandgermaneconcentrations,andthedecreaseofreactivepressuresandhydrogendilutions.However,thephotosensitivityincreasedwiththeincreaseofdischargepowerandsubstratetemperature,andthedecreaseofgermaneconcentrationsandhydrogendil