太阳电池用玻璃衬底上多晶硅薄膜的结构及电学特性研究【文献综述】

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1、毕业设计文献综述电子信息科学与技术太阳电池用玻璃衬底上多晶硅薄膜的结构及电学特性研究摘要：近年来太阳能产业发展迅速，但是依旧处于发展的初期；如今研发和生产硅基薄膜太阳电池是光伏产业的关注热点。考虑到成本等原因多晶硅薄膜太阳电池成为我们研究的方向，研究的重点是优化电池结构和制备高质量的多晶硅薄膜的工艺。文中简单的介绍了目前人类生产的几种不同种类的太阳能电池，重点介绍多晶硅薄膜太阳电池的结构，以及高质量多晶硅薄膜的制备工艺及其电学性能，进而提出自己将要重点研究的方向和对薄膜发展的前景展望。关键词：多晶硅薄膜，电池结构，衬底，制备工艺，电学性

2、能1.背景：研发和生产硅基薄膜太阳电池是光伏产业的关注热点。当前商用化的非晶硅薄膜太阳电池，受光诱导衰减[1]及自身薄膜性能的限制，电池稳定效率不高。而多晶硅薄膜太阳电池，兼顾晶体硅高性能及薄膜硅低成本的优点，已成为硅基薄膜太阳电池发展的重要方向之一。我想采用磁控溅射结合RTA晶化工艺，在玻璃衬底上制备大晶粒尺寸、低晶界及晶粒内缺陷密度的多晶硅薄膜[2]。通过改变磁控溅射调控参数，RTA退火工艺的优化等来制备出不同类型掺杂的多晶硅薄膜，探究有效激活载流子的技术和工艺，并解释不同掺杂剂对多晶硅薄膜结构和电学性能的影响规律[3]。磁控溅射是

3、为了在低气压下进行高速溅射，必须有效地提高气体的离化率。通过在靶阴极表面引入磁场，利用磁场对带电粒子的约束来提高等离子体密度以增加溅射率的方法[4]。快速热退火是近期发展起来的一种固相晶化技术。2.研究现状和发展趋势基于对国内外相关文献的调研，以下先简要阐述了不同种类的太阳电池，然后重点介绍了多晶硅薄膜材料，以及多晶硅薄膜太阳电池的相关研究结果。2.1太阳能电池的种类2.1.1晶体硅太阳电池晶体硅太阳电池是PV(Photovoltaic)市场上的主导产品，优点是技术、工艺最成熟，电池转换效率高，性能稳定，是过去20多年太阳电池研究、开发

4、和生产主体材料.缺点是生产成本高.在硅电池研究中人们探索各种各样的电池结构和技术来改进电池性能,进一步提高效率.如发射极钝化、背面局部扩散、激光刻槽埋栅和双层减反射膜等，高效电池在这些实验和理论基础上发展起来的[5]。2.1.2硅基薄膜太阳电池多晶硅(ploy-Si)薄膜和非晶硅(a-Si)薄膜太阳电池可以大幅度降低太阳电池价格。多晶硅薄膜电池优点是可在廉价的衬底材料上制备，其成本远低于晶体硅电池，效率相对较高。非晶硅是硅和氢(约10%)的一种合金，具有以下优点：它对阳光的吸收系数高，活性层只有1um厚，材料的需求量大大减少，沉积温度低

5、(约200摄氏度)，可直接沉积在玻璃、不锈钢和塑料膜等廉价的衬底材料上，生产成本低，单片电池面积大，便于工业化大规模生产。2.1.3化合物半导体薄膜太阳电池化合物半导体薄膜太阳电池主要有铜锢硒(CIS)和铜锢稼硒(CIGS)、CdTe,GaAs等，它们都是直接带隙材料，带隙宽度E在1-1.6eV之间，具有很好大范围太阳光谱响应特性。所需材料只要几个微米厚就能吸收阳光的绝大部分[6]，是制作薄膜太阳电池的优选活性材料。2.1.4染料敏化TiO2纳米薄膜太阳电池1991年瑞士Gratzel教授以纳米多孔TiO2为半导体电极，以Ru络合物作敏

6、化染料，并选用I2/I3一氧化还原电解质，发展了一种新型的染料敏化TiO2纳米薄膜太阳电池(简称DSC)。DSC具有理论转换效率高，透明性高，廉价成本和简单工艺等优点，实验室光电效率稳定在10%以上。缺点是使用液体电解质[7]，带来使用不便以及对环境影响。染料敏化TiO2纳米化学太阳能电池受到国内外科学家的重视。目前对它的研究处于起步阶段，近年来成为世界各国争相开发研究热点。2.2多晶硅薄膜材料及多晶硅薄膜太阳电池的相关研究结合成本和效率因素，硅基薄膜太阳电池被认为具有较大应用前景。而当前商用化的非晶硅薄膜太阳电池，受光诱导衰减及自身薄

7、膜性能的限制，电池稳定效率不高。而多晶硅薄膜太阳电池，兼顾晶体硅高性能及薄膜硅低成本的优点，已成为硅基薄膜太阳电池发展的重要方向之一。当前，多晶硅薄膜太阳电池的两大研究重点是优化电池结构和制备高质量的多晶硅薄膜。2.2.1多晶硅薄膜太阳电池的结构跟其他太阳电池一样，多晶硅薄膜太阳电池结构的本质是p-n结。德国CSGsolar公司是全球首个多晶硅薄膜太阳电池生产商，他们以氮化硅（SiN）包覆[8]的玻璃为衬底，以glass/SiN/p+n-n+(或n+p-p+)-Si/Al为电池结构单元，目前已经在94cm2上得到10.4%的电池组件效率

8、[9]。此外，德国HMI研究小组是以透明导电氧化物（TCO）包覆的玻璃作为衬底，制备glass/TCO/p+n-n+(或n+p-p+)-Si/Al结构的多晶硅薄膜太阳电池，采用TCO薄膜可以作为前电极，可以