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硅异质结SHJ(Silicon Heterojunction)太阳电池,由单晶硅片和非晶硅薄膜(a-Si:H)构成,因具有低成本、高效率的特点而备受国内外研究人员关注。为进一步提高SHJ太阳电池的转换效率,使用宽带隙、高电导率的高质量窗口层材料是有效途径之一。与p型a-Si:H薄膜相比,p型纳米晶硅(nc-Si:H)薄膜具有带隙宽、费米能级低、电导率高等优点,是硅异质结电池理想的窗口层材料。本文以n型CZ-Si为衬底,p型nc-Si:H薄膜为窗口层,用RF-PECVD在低温、低功率的条件下,制备了结构为Al/ITO/nc-Si:H(p)/a-Si:H(i)/c-Si(n)/c-Si(n+)/Al的SHJ太阳电池,采用多种测试手段系统地研究了p型nc-Si:H窗口层,本征硅薄膜钝化层、湿化学钝化及氢后处理(HPT)对电池性能的影响。得到如下主要结果:(1)氢稀释比、硼烷浓度以及薄膜厚度对p型nc-Si:H薄膜的微结构和光电性能有重要影响。论文深入分析了各影响因素的作用机制。氢稀释比增大及掺硼浓度降低有利于薄膜晶化。随着晶化度的提高,薄膜中的氢含量降低,结构因子增大,薄膜中的H逐渐移向晶粒表面,并从以SiH键为主的存在形式向以团簇SiH键为主的存在形式转变。实验制备出了20nm高质量的nc-Si:H窗口层,使nc-Si:H/c-Si SHJ电池的性能特别是填充因子明显改善。(2)随着硅烷浓度的降低,本征硅薄膜的晶化率、氢含量、结构因子、光学带隙和光敏性等都在过渡区急剧变化;本征硅薄膜的钝化性能由薄膜的氢含量及氢的成键方式决定。靠近过渡区的薄膜具有较好的致密性和光敏性、氢含量最高、带隙态密度低,且主要以SiH形式成键,对硅片表现出优异的钝化性能。但是,当薄膜的厚度过小时,会严重影响其钝化质量。以本征硅薄膜为钝化层并对其厚度进行优化,成功制备出了效率为17.4%的nc-Si:H/c-Si SHJ太阳电池。(3)采用新的湿化学钝化方法对硅片实现了有效钝化,使制绒硅片的少子寿命达到981us,并对其钝化机理进行了解释。合适的HPT处理时间,可以使H由极薄的钝化层体内扩散至a-Si:H(i)/c-Si界面,有效钝化硅片表面;但处理时间过长则会使本征硅薄膜钝化层被氢过度刻蚀而使其钝化质量大大降低。本实验中,HPT的最优处理时间为60s。通过优化,实验获得了效率为18.8%的nc-Si:H/c-Si SHJ太阳电池。(4)应用各项优化参数,在148cm~2的大面积硅片上成功制得了效率为19.8%的高效双面nc-Si:H/c-Si SHJ电池。