【摘 要】
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目前,传统的化石燃料开采殆尽,其带来的环境问题也日益严重,人们对清洁能源的需求日益增大。因此,具有极大发展潜力的光伏产业在近几年得到了巨大的发展。硅太阳电池作为其中的核心技术,其转换效率的提高是降本的重点之一。如今,接触处的复合是限制其效率提高的关键问题。载流子选择性接触（CSCs）成为解决该问题的重要途径。其中,宽带隙材料由于其与硅能带匹配,免掺杂（无需利用杂质在硅内扩散,形成p或n型掺杂）,制
【基金项目】
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江苏省研究生科研与实践创新计划项目（KYCX20＿2930）:Al掺杂TiO2薄膜性能的研究及在硅太阳电池上的应用；
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目前,传统的化石燃料开采殆尽,其带来的环境问题也日益严重,人们对清洁能源的需求日益增大。因此,具有极大发展潜力的光伏产业在近几年得到了巨大的发展。硅太阳电池作为其中的核心技术,其转换效率的提高是降本的重点之一。如今,接触处的复合是限制其效率提高的关键问题。载流子选择性接触（CSCs）成为解决该问题的重要途径。其中,宽带隙材料由于其与硅能带匹配,免掺杂（无需利用杂质在硅内扩散,形成p或n型掺杂）,制备工艺简单以及光学性能较好,在作为CSCs材料具有巨大的发展潜力。原子层沉积技术（ALD）作为一种具有高保形性,均匀性和产业兼容性,在制备这种应用于硅的CSCs薄膜上具有极大的发展空间。本文系统研究了ALD-铝（Al）掺杂氧化钛（Ti O2）（ATO）薄膜的光电性能及其在硅基高效太阳电池上的应用,主要内容如下:首先,我们利用ALD控制Al和Ti的循环比,对ATO薄膜的掺杂比进行优化,获得的最优循环比为1:5,其最高少子寿命为1.9 ms,最低接触电阻率为0.095Ω·cm~2。DFT计算证实,利用杂质Al提高Ti O2薄膜的导电性是可行的。通过TEM,XPS和TOF-SIMS等表征手段测试了元素的分布和组成,以研究不同循环比之间的异同。随后我们利用椭偏仪,WCT-120以及TLM测试方法测定薄膜的光电性能。测试表明,杂质掺入后,薄膜的吸收仍处于低水平;并且最高掺杂比能同时获得最好的钝化性和导电性。其次,我们探究了最优循环比ATO薄膜的厚度和退火温度对其钝化和导电性的影响。研究发现薄膜中的无定型相对钝化起重要作用。薄膜厚度太薄无法提供稳定的钝化,太厚或是退火温度高于300℃则会造成相变导致钝化效果变差。适中的厚度如（4nm或6nm）钝化效果良好,并且250℃退火后氢原子的体钝化可以改善其钝化性。接触电阻率随着ATO的厚度的增加而增大。250℃退火后,薄膜氧空位浓度的增加可以提高薄膜导电性,但是过高的退火温度会导致绝缘层的变厚从而削减接触电阻率。随后,我们将ALD-ATO薄膜应用在p-PERC太阳电池的正面,获得了效率为21.4%的冠军器件。得益于ATO良好的光学性能,以及钝化性和导电性,器件在短波表现出优势,因此应用ATO薄膜太阳电池的输出效率高于应用未掺杂的薄膜器件。此外,我们还制备了基于c-Si（n）/Si Ox/ATO/Li F/Al背面钝化接触的太阳电池,探究应用不同厚度的ATO薄膜在不同退火温度下的器件性能。实验表明,6 nm ATO表现出更好的电子选择性接触性能,两次250℃退火是器件最优的处理方式,最终获得的冠军器件效率为19.9%,其Voc为638.1 m V,Jsc为40.3 m A·cm-2,FF为77.4%。综上所述,本文系统研究了掺杂比例,薄膜厚度以及退火温度对ALD-ATO薄膜的影响,为提高这种宽带隙材料的钝化接触性能提供了一种方法,并证明了其作为电子选择性接触在太阳电池上的优势以及发展潜力。论文有图48幅,表5个,参考文献114篇
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