乳胶源扩散法制备Si基太阳能电池的微结构及其光电特性的研究

摘要

本文以不同硼含量、不同电阻率的p型单晶硅为基底，用不同磷浓度的二氧化硅乳胶源作为杂质源，在不同温度以及不同时间下进行扩散制备p-n结，通过对比开路电压，选择出合适的工艺流程制备出性能优异的太阳能电池，测试其光电特性，并采用正电子湮没技术研究其电子密度和微观缺陷，研究不同工艺流程制备的太阳能电池的电子密度、微观缺陷及其对光电特性的影响，获得的主要实验结果如下：
　　 (1)以两种不同的方法制备了两种不同的二氧化硅乳胶，采用XRD进行分析，发现多磷酸法制备的二氧化硅乳胶性能较好，并将其应用于后续实验。
　　 (2)对掺硼的p型单晶硅半导体，随着硼含量的增加，正电子第一寿命组分，第二寿命组分以及平均寿命均升高，即半导体样品中的空穴浓度升高，导致基体和缺陷态的自由电子密度降低；缺陷态的电子密度降幅比基体中电子密度降幅大。
　　 (3)对含磷和硼的n型单晶硅半导体，随着硼含量的减少，基体和缺陷态中的电子密度升高。
　　 (4)纯硼的正电子湮没辐射Doppler展宽谱的商谱在电子动量为9.8×10-3m0c处出现一个峰，主要是正电子与硼的2p电子湮没的贡献。
　　 (5)掺硼的p型单晶硅半导体样品的正电子湮没辐射Doppler展宽谱也出现了硼的2p电子的信号，随着p型单晶硅半导体中硼含量的增加，样品的商谱谱峰升高。在这些半导体硅片表面扩散磷后，样品的商谱谱峰降低。
　　 (6)测量了太阳能电池在没有光照时其p-n结在正向偏压时的伏安特性曲线，讨论了电流和电压的关系。
　　 (7)测量了太阳能电池在光照时的输出特性，获得短路电流ISC、开路电压UOC、最大输出功率Pm及填充因子FF等参数。研究了不同工艺流程制备的太阳能电池的电子密度、微观缺陷及其对光电特性的影响。实验结果表明，以电阻率为1～5Ω·cm的p型单晶硅作为基片，以C2020乳胶为杂质源，在950℃温度下，扩散0.5小时，所制备的太阳能电池具有较高开路电压(UOC=550mV)、填充因子(FF=0.68)和光电转换效率(η=15.3％)。