高速沉积非晶硅顶电池及在非晶-微晶硅叠层电池中的应用

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1、南开大学硕士学位论文高速沉积非晶硅顶电池及在非晶/微晶硅叠层电池中的应用姓名：李贵君申请学位级别：硕士专业：微电子与固体电子学指导教师：耿新华20090601摘要在硅基薄膜太阳电池中，非晶硅／微晶硅叠层太阳电池代表了新一代低成本太阳电池的发展方向。为了进一步降低太阳电池成本，加快非晶／微晶硅叠层太阳电池的产业化进程，需要提高薄膜电池的沉积速率与转换效率。本论文针对上述目的，主要进行了以下三个方面的研究。首先，采用VHF．PECVD技术实现非晶硅薄膜的高速沉积。详细研究了高速沉积非晶硅薄膜时，电极间距与沉积气压对于沉积

2、速率的影响，结果表明：增加气压能够实现薄膜的高速沉积，在每一个沉积气压下，将存在一个最佳的电极间距，压力越大，所需要的电极间距越小，在沉积气压和电极间距达最佳匹配后，沉积速率随沉积压力基本呈线性增加；同时，高速沉积薄膜时，必须保证反应气体在腔室中维持一定的滞留时间。在沉积条件处于靠近非晶／微晶过渡区非晶一侧时，才有利于器件质量高速非晶硅材料的获得。最后，在沉积气压为1．5Torr，电极间距为16mm，辉光功率为24W时获得了沉积速率为15．5A／s的器件质量的非晶硅薄膜材料，其光敏性为2．1E6，激活能E。为0．83

3、eV，CPM测试获得的次带吸收系数a(o．8)为1／era左右，带隙宽度Eg为1．7eV；其次，研究了P型掺杂材料、p／i界面buffer层及n型掺杂材料对于提高非晶硅电池性能的影响。提出不含碳p-proto．Si：H并成功应用到电池中，解决了含碳的P型掺杂层中碳的扩善对本征层造成的污染问题，提高了电池的稳定性。p-proto．Si：H处于非晶／微晶过渡区非晶一侧，晶化率为20％左右，晶粒尺寸只有2．3nm，暗电导率为8E-5S／cm，激活能为0．14eV，具有较大的光学带隙；在p／i界面引入一buffer层，通过控

4、制buffer层厚度和硅烷浓度，初步获得的电池效率达8．65％(Voc=0．89V，Jsc=12．9mA／cm2，FF=O．753)；通过调节n型掺杂层地沉积参数，获得了具有宽带隙、高电导率的n-no．Si：H，其处于非晶／微晶过渡区微晶一侧，晶化率在20％左右，晶粒尺寸为2．6nm，带隙宽度为2．05eV，电导率为2．6S／cm，电导激活能为0．028eV。最后，以n．nc．Si：H为n型掺杂层，P．proto．Si：H作为窗口层的高速非晶硅顶电池获得的效率达9．37％(Voe=0．945V,Jsc=14．2mA／

5、cm2，FF=0．7)。再次，对于非晶硅／微晶硅叠层电池中的n／p隧穿结，引入了双n层和n／p界I摘要面氧化处理的方法。双n层结构中n-a．Si：H的加入，一方面有效解决了顶电池的漏电现象；另一方面，一定程度上解决了顶电池的非晶硅本征层和11．衅．Si：H之间的能带失配问题，在n．a．Si：H厚度为6nm时，叠层电池的Voc达到了1．33V，FF增大到0．63；此外，对n／p界面的氧化处理使形成了高缺陷态密度的界面层，增加了项、底电池之间遂穿结处载流子的复合几率，一定程度上也改善了叠层电池的性能，其中Voe从1．33

6、V增大到1．35V，FF从O．63增大到0．65。通过改变单元电池本征层的厚度，借助于顶、底电池的QE测试，实现了顶、底电池的电流匹配。在顶电池厚度为280nm时，要达到电流匹配，在有ZnO：B背反射的情况下，底电池厚度应略小于2．2Itm。关键词：高速沉积p-proto-Si：Hn-nc-Si：H非晶硅／微晶硅叠层太阳电池n／p遂穿结。IIAbstractAbstractAmongstthesiliconbasedthinfilmsolarcells，theamorphous／microcrystallinesil

7、icontandemsolarcellispromisingforthenewgenerationsolarcells．Weneedtoimprovedepositionrate(IⅫ)andefficiencyinordertoreduceproductioncostwhichplaysallimportantroleinindustrializingtheamorphous／microcrystallinesilicontandemsolarcells．Forsuchpurposethreemajorpartsw

8、ereconductedinthisthesis．Inthefirstpart,weachievedhighRdofarnorphoussilicon(a-Si：H)thinfilmsbyVHF-PECVD．TheinfluenceofpressureandelectrodegapontheRdWasstudied；hi曲depositionr