PECVD法制备微晶硅薄膜材料及太阳能电池

论文摘要

微晶硅电池已经成为目前光伏领域研究的焦点。同非晶硅相比微晶硅电池几乎没有SWE问题,应用在电池中也几乎不受后氧化的影响,而且微晶硅的光谱吸收特性与非晶硅有一定的互补性,应用于叠层电池中可以获得更高效率的电池。基于这个目的,我们采用RF-PECVD技术制备了P、I、N三层薄膜材料和微晶硅太阳电池,并对它们的结构特性和电学特性进行了分析。本论文主要进行了如下几方面的工作:1) P层作为微晶硅薄膜太阳电池的窗口层,必须具备宽的光学带隙和高的电导率。实验研究了硅烷浓度、硼烷掺杂浓度对材料的沉积速率、材料晶化、电导率等性能参数的影响。通过优化沉积参数,制备出了高暗电导率(～2.8×10-5S/cm)、宽光学带隙（～1.87eV）的P型μc-Si:H薄膜材料。2)非晶N层的制备。为了提高N层与金属电极欧姆接触的性能,可适当提高磷烷的掺杂浓度。通过磷烷掺杂浓度的优化,可以获得暗电导率为8.28×10-1S/cm的N层非晶硅薄膜。3) I层是电池的核心部分,是光生载流子的产生区。本文重点研究了衬底温度和硅烷浓度对μc-Si:H薄膜材料的微结构以及光电学特性的影响。4)在上面研究的基础上,本文初步研究了微晶硅薄膜太阳电池的沉积工艺。采用了微晶P/微晶I/非晶N型结构,获得了效率为3.014%的微晶硅太阳能电池。5)除了初步界定了薄膜材料和电池的一些表征参数外,同时也针对存在的问题指明了解决的方向。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 太阳能电池的研究现状及产业发展
• 1.1.1 太阳能电池的研究背景
• 1.1.2 太阳能电池的光电研究和应用
• 1.1.3 太阳能电池的产业发展方向
• 1.2 微晶硅薄膜太阳电池的研究现况及发展趋势
• 1.2.1 微晶硅薄膜太阳电池的发展背景
• 1.2.2 微晶硅薄膜太阳电池的发展趋势
• 1.3 本论文主要的研究内容
• 1.4 本论文的组织
• 第二章 太阳电池基础及制备工艺
• 2.1 太阳电池发电原理及构造
• 2.2 太阳电池的特性及性能参数
• 2.2.1.太阳电池的输入输出特性
• 2.2.2.太阳电池的性能参数
• 2.3 薄膜太阳电池的性能测试
• 第三章 P型窗口材料及N型材料的研究
• 3.1 应用于微晶硅薄膜太阳电池的P型窗口材料
• 3.1.1 P型窗口材料的分类
• 3.1.2 P型窗口材料对薄膜太阳能电池的性能影响
• 3.2 实验设备及表征手段
• 3.3 P型微晶硅薄膜材料的制备及性能分析
• 3.3.1 硅烷浓度（SC）对薄膜材料沉积速率及晶化率的影响
• 3.3.2 硼掺杂对薄膜材料微结构和光电性能的影响
• 3.4 N型非晶硅薄膜材料的制备及性能分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 Ⅰ层材料的沉积与微晶硅电池的制备
• 4.1 微晶硅薄膜太阳电池对Ⅰ层材料的性能要求
• 4.2 衬底温度对微晶硅薄膜结构及光学特性的影响
• 4.2.1 衬底温度对微晶硅薄膜沉积速率的影响
• 4.2.2 衬底温度对微晶硅薄膜晶化率的影响
• 4.2.3 衬底温度对微晶硅薄膜光学特性的影响
• 4.3 硅烷浓度对微晶硅薄膜结构及光电特性的影响
• 4.3.1 硅烷浓度对微晶硅薄膜沉积速率的影响
• 4.3.2 硅烷浓度对微晶硅薄膜晶化率的影响
• 4.3.3 硅烷浓度对微晶硅薄膜光电性能的影响
• 4.4 微晶硅薄膜太阳电池的制备
• 4.4.1 微晶硅太阳电池的制备工艺
• 4.4.2 微晶硅电池实验结果与分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 工作总结与展望
• 参考文献
• 硕士研究生期间参与的研究课题
• 致谢