籽晶层法制备氢化微晶硅薄膜材料及其在薄膜太阳电池中的应用

摘要

氢化微晶硅薄膜材料具有良好的电学特性和稳定的光学特性，已经成为国际光伏领域的研究热点，氢化微晶硅薄膜太阳电池制备技术被公认为硅基薄膜太阳电池的下一代技术，但是，制备高质量的氢化微晶硅薄膜材料存在一定难度，生长初期的非晶孵化层在很大程度上制约着氢化微晶硅薄膜材料和太阳电池的性能。本论文采用射频等离子体增强化学气相沉积技术，引入籽晶层法以降低非晶孵化层对材料和太阳电池的影响，系统研究了籽晶层的制备参数及其在太阳电池中的应用。
　　 本论文主要进行了以下几个方面的研究：
　　 首先，研究了籽晶层的制备参数，包括硅烷浓度、射频功率、反应气压对籽晶层薄膜材料的影响。在本论文实验研究范围内，籽晶层材料的晶化程度随着硅烷浓度的减小、射频功率的增大而提高，[220]晶向强度随着反应气压的增大，先提高后降低。不同厚度的籽晶层材料表现出纵向的不均匀性，厚度越大，晶化程度越高。
　　 其次，分析了加入籽晶层对体层的影响，研究了硅烷浓度对制备非晶/微晶相变区体层材料的影响，实验结果显示：沉积在玻璃衬底上呈非晶特征的体层材料，在加入籽晶层后有明显的晶化；硅烷浓度的提高，体层材料暗电导迅速降低，光敏性随之提高，晶化率降低，逐渐由微晶变为非晶。
　　 第三，把籽晶层和非晶/微晶过渡区体层的制备方法应用到氢化微晶硅薄膜太阳电池吸收层的制备中，研究了籽晶层厚度和体层厚度对太阳电池参数的影响，结果表明籽晶层和体层要有合适的厚度，太厚或者太薄都会影响太阳电池的转换效率。
　　 第四，对实验中发现的体层纵向均匀性问题进行了分析和研究，实验表明，随着体层厚度的增加，体层材料的晶化程度有减弱的趋势。本论文通过改变制备参数分层沉积的方法，在一定程度上改善了体层材料的纵向均匀性。
　　 第五，把体层纵向均匀性的研究和实验结果应用到氢化微晶硅薄膜太阳电池的制备中，结果表明，分层沉积体层制备出的太阳电池具有较高的转换效率。
　　 第六，对氢化微晶硅薄膜太阳电池容易出现缺陷的P/I界面进行了优化，分别采用缓冲层法和H处理法抑制P层中的硼渗透到籽晶层中，对两种方法进行了分析和比较，实验证明缓冲层法制备出的太阳电池具有更高的转换效率。
　　 最后，综合籽晶层、体层、P/I界面的优化结果，制备出了转换效率为3.66％的氢化微晶硅薄膜太阳电池，加入陷光结构后，太阳电池的转换效率提高到4.23%。