反应热CVD法制备微晶硅锗薄膜及其太阳电池应用研究

论文摘要

为了降低薄膜太阳能电池的发电成本,进一步提高电池转换效率至关重要,提高电池的光谱响应范围是一个提高效率行之有效的方法。硅锗材料具有比硅材料更好的优势,在硅中加入锗有两个好处:第一可以增加吸收效率,因为锗的吸收系数比硅要高1-2个数量级;第二可以扩展吸收光谱的范围,硅锗材料的带隙可以做到1.1eV-0.66eV,几乎可以吸收全部的太阳光。因此使用硅锗材料可大大提高太阳能电池的效率。本论文利用乙硅烷（Si2H6）和GeF4之间的氧化还原反应来降低材料的制备温度,并采用反应热CVD（RT-CVD）技术,制备了微晶硅锗薄膜。研究了反应气体浓度、反应气压、辉光功率和衬底温度对微晶硅锗薄膜光电特性和结构特性的影响。结果表明:在实验研究的范围内,材料随着反应气体浓度的减小、反应气压的降低、功率的增加和衬底温度的升高的暗电导增加而光敏性减小。而材料的晶化率则随反应气体的浓度减小、反应气压的减小、功率的增加和衬底温度的升高而增加。优化反应条件制备出了晶化率60%、光敏性1000左右的优质的微晶硅锗材料。在材料研究的基础上,采用电池结构为:glass/SnO2/p-μc-Si / i-μc-SiGe /n-μc -Si /Al进行了太阳能电池制备,对微晶硅太阳能电池的电学特性和其材料结构特性的关系进行了初步的研究。结果表明:电池的开路电压随晶化率的提高而逐渐减小。并制备出了效率（η）为4.1%的微晶硅锗（μc–SiGe）薄膜太阳能电池。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1-1 研究背景
• 1-1-1 太阳能电池研究意义
• 1-1-2 硅基薄膜太阳能电池在光伏中的地位
• 1-1-3 硅基薄膜太阳能电池面临的问题及主要的解决方案
• 1-2 微晶硅锗薄膜材料研究的意义
• 1-3 课题来源及试验设备简介
• 1-3-1 课题来源
• 1-3-2 试验设备简介
• 1-4 论文结构
• 第二章 材料和电池测试
• 2-1 材料测试
• 2-1-1 电学特性测试
• 2-1-2 光学特性测试
• 2-2 材料微结构测试
• 2-2-1 喇曼（Raman）散射光谱
• 2-2-2 X 射线衍射谱（XRD）
• 2-2-3 扫描电子显微镜（SEM）
• 2-3 材料成分测试
• 2-3-1 X 射线光电子能谱
• 2-3-2 荧光 X 射线
• 2-4 太阳能电池特性测试
• 2-4-1 单晶硅PN 结二极管模型
• 2-4-2 pin 型电池
• 2-4-3 微晶硅锗太阳能电池
• 2-4-4 太阳能电池电学特性测试
• 2-5 本章小结
• 第三章 实验方案选择
• 3-1 引言
• 3-2 RT-CVD 方法的特点
• 3-3 PECVD 的概念及其特点
• 3-3-1 频率对 PECVD 的影响
• 3-4 我们的选择
• 3-5 本章小结
• 第四章 微晶硅锗材料研究
• 4-1 引言
• 4-2 沉积工艺对微晶薄膜材料的影响
• 4-2-1 衬底温度对微晶硅锗材料的影响
• 4-2-2 辉光功率对微晶硅锗材料的影响
• 4-2-3 氢稀释率对微晶硅锗材料的影响
• 4-2-4 反应气体压力对微晶硅锗材料的影响
• 4-3 氟化锗对材料制备的影响
• 4-3-1 氟化锗对材料的影响
• 4-3-2 不同锗含量对材料的影响
• 4-4 微晶硅锗材料的吸收谱
• 4-5 微晶硅锗材料的表面形貌
• 4-6 本章小结
• 第五章 微晶锗硅材料在电池中的应用
• 5-1 引言
• 5-2 制备微晶硅锗太阳能电池
• 5-2-1 透明金属氧化物简介
• 5-2-2 微晶硅锗太阳能电池的制备
• 5-3 p-μc-Si:H 层材料的研究
• 5-3-1 反应气压对p-μc-Si:H 材料电特性的影响
• 5-3-2 功率对 P-μc-Si:H 材料电特性的影响
• 5-3-3 反应气压对材料结晶的影响
• 5-3-4 P-μc-Si:H 材料的表面形貌
• 5-3-5 P-μc-Si:H 材料的透过率
• 5-4 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间所取得的相关科研成果