过渡区材料及在PIN太阳能电池中的应用研究

论文摘要

非晶硅电池光电转换效率高但稳定性差,微晶硅电池稳定性好但效率不高,本征层材料的性质对PIN电池的性能有决定性作用。本论文采用三室连续PECVD沉积系统,用射频方法在玻璃衬底上制备非晶/微晶过渡区本征层材料,研究了硅烷浓度和衬底温度对过渡区本征层材料的影响。然后选择最佳本征层沉积条件制备电池,研究过渡区材料对非晶硅电池稳定性和微晶硅电池效率的影响。材料部分固定反应气体压强133pa、辉光功率35w、气体总流量50sccm,制备了硅烷浓度和衬底温度两个系列的过渡区材料,并用Raman、透射、吸收光谱等方法对材料进行分析。发现生长速率、光学带隙和光敏性随硅烷浓度的增加而增大,晶化率、晶粒尺寸随硅烷浓度的增加而降低。而温度系列则明显不同,光学带隙随衬底温度的上升而降低,生长速率、晶化率和晶粒尺寸随衬底温度升高达到某一最大值时开始下降,而且达到最大值时的衬底温度值随硅烷浓度的增大而增大。在对材料研究的基础上,选择最佳过渡区本征层材料制备电池。制备出的电池开路电压0.66V,短路电流密度6.23 mA/cm~2,光电转换效率4.13%,长时间曝光后效率衰退为5.08%。和非晶硅电池、微晶硅电池相比,过渡区材料做PIN电池本征层可以提高非晶硅电池的稳定性和微晶硅电池的效率。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 薄膜硅材料的研究现状
• 1.1.1 非晶硅材料
• 1.1.2 微晶硅材料
• 1.1.3 过渡区材料
• 1.2 单结薄膜太阳能电池的发展现状
• 1.3 本论文的研究内容
• 第二章 硅薄膜的沉积和测试原理
• 2.1 薄膜的物理生长过程
• 2.2 PECVD系统沉积薄膜硅材料
• 2.3 过渡区材料的生长模型
• 2.4 硅材料的测试
• 2.4.1 Raman光谱
• 2.4.2 光敏性的测量
• 2.4.3 光学带隙
• 2.5 本章小结
• 第三章 太阳能电池基本介绍
• 3.1 太阳能电池的工作原理
• 3.1.1 半导体的光吸收
• 3.1.2 光生伏特效应
• 3.1.3 太阳能电池等效电路
• 3.2 太阳能电池的主要性能指标
• 3.3 影响电池效率的因素
• 3.4 太阳能电池性能的测试
• 3.5 本章小结
• 第四章 过渡区材料的制备及特性
• 4.1 实验系统和实验参数
• 4.2 硅烷浓度与材料特性
• 4.2.1 硅烷浓度与沉积速率
• 4.2.2 硅烷浓度与材料微结构
• 4.2.3 硅烷浓度与材料光敏性
• 4.2.4 硅烷浓度与材料光学带隙
• 4.3 衬底温度与材料特性
• 4.3.1 衬底温度与沉积速率
• 4.3.2 衬底温度与材料微结构
• 4.3.3 衬底温度与材料光敏性
• 4.3.4 衬底温度与材料光学带隙
• 4.4 本章小结
• 第五章 过渡区太阳能电池的制备及特性
• 5.1 P层材料的工艺选择
• 5.2 N层材料的工艺选择
• 5.3 过渡区太阳能电池的制备步骤
• 5.4 过渡区太阳能电池的特性
• 5.5 过渡区电池和非晶硅、微晶硅电池的比较
• 5.6 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 硕士研究生期间参与的研究课题
• 致谢