P型微晶硅材料的性能研究及其在柔性衬底非晶硅基薄膜太阳电池上的应用

摘要

目前，具备低成本特点的硅基薄膜太阳电池已成为太阳电池研究的重点，其中，不论是非晶硅薄膜太阳电池还是微晶硅薄膜太阳电池都具有各自显著的特点和优势，而本论文中所制备的柔性衬底倒结构非晶硅薄膜太阳电池是以P型微晶硅材料作为其窗口层，从而集多种类型太阳电池的优点于一身，使所制备的太阳电池既可以拥有非晶硅本征层高吸收系数的特点，同时，微晶化的窗口层材料又具备良好的电学特性，并且以柔性材料作为衬底使得电池的应用领域得到了充分的扩展。
　　 论文叙述了采用RF-PECVD技术来生长P型微晶硅材料以及制备P型微晶硅材料作为窗口层的柔性衬底倒结构非晶硅太阳电池，在介绍了微晶硅材料及太阳电池的相关研究背景、实验工艺和性能测试方法之后，作为论文的核心部分，文章分析了P型微晶硅材料各沉积参数对其性能的影响以及P型微晶硅材料作为窗口层在太阳电池中的应用。
　　 在对P型微晶硅材料的特性研究中，论文分别从氢稀释率、反应压强、衬底温度、反应功率密度和硼掺杂浓度的角度分析了这些反应参数对材料暗态电导率、光学带隙以及材料晶化率的影响，比较详尽的分析了材料各反应参数的作用原理和机制，并对分层生长P型微晶硅材料的工艺条件进行了初步的研究，从而制备出了晶化率良好且暗态电流达到0.8mA的P型微晶硅材料。
　　 将P型微晶硅材料应用于非晶硅太阳电池后，本文比较详细的讨论了P型微晶硅材料的厚度、掺杂浓度以及晶化率对太阳电池输出特性的影响作用，并分析了非晶本征吸收层I层对生长在其上的P层材料的特性乃至对太阳电池整体性能的影响，最后对电池I/P界面的处理工艺也做了初步的研究，并成功制备出了光电转换效率超过4％的太阳电池。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

第一节 研究背景

1.1.1 太阳电池的研究意义

1.1.2 太阳电池工作原理

1.1.3 硅基薄膜太阳电池的开发研究

第二节 硅基薄膜材料的研究现状及特点

1.2.1 非晶硅、微晶硅薄膜材料

1.2.2 P型微晶硅窗口材料

第三节 柔性衬底非晶硅基薄膜太阳电池特点及应用

1.3.1 柔性衬底非晶硅太阳电池的研究进展

1.3.2 柔性衬底非晶硅基薄膜太阳电池的优点

1.3.3 非晶硅太阳电池存在的问题

第四节 论文的研究内容和文档结构

第二章 非晶、微晶材料及薄膜太阳电池的研制设备、工艺.

第一节 实验所使用的原材料

2.1.1 衬底材料

2.1.2 实验所用的原料气体

第二节 薄膜沉积设备及制备工艺

2.2.1 RF-PECVD薄膜沉积设备

2.2.2 微晶硅薄膜材料的制备工艺

2.2.3 倒结构柔性衬底非晶硅薄膜太阳电池的制备工艺

第三节 材料与器件测试内容及相关设备

2.3.1 薄膜材料的性能测试

2.3.2 柔性衬底薄膜太阳电池的光电特性测试

2.3.3 薄膜材料的微观特性测试与分析

第三章 P型微晶硅薄膜材料的特性研究

第一节 P型微晶硅材料的研究意义及性能要求

第二节 实验内容概述

第三节 P型微晶硅材料的研究

3.3.1 氢稀释率（硅烷浓度）对P型微晶硅材料的影响

3.3.2 反应气压对生长P型微晶硅材料的影响

3.3.3 衬底温度对P型微晶硅材料生长的影响

3.3.4 反应功率对P型微晶硅材料的影响

3.3.5 硼元素掺杂浓度及掺杂效率的研究

第四节 P型微晶硅材料的分层生长方法研究

3.4.1 分层生长方法的提出

3.4.2 分层生长方法的工艺参数及性能比较

3.4.3 底层硅基薄膜材料对P型微晶硅材料的影响

第五节 小结

第四章 P型微晶硅材料在太阳电池上的应用

第一节 P型微晶硅材料作为薄膜太阳电池窗口层的意义

第二节 太阳电池的输出特性表征

第三节 P型微晶硅材料对太阳电池性能的影响研究

4.3.1 P型微晶硅材料厚度对薄膜太阳电池性能的影响

4.3.2 P型微晶硅材料硼烷浓度对薄膜太阳电池性能的影响

4.3.3 P型微晶硅材料晶化率对薄膜太阳电池性能的影响

第四节 本征层特性对P型微晶硅窗口层和太阳电池的影响

4.4.1 本征吸收层对P型材料特性的影响

4.4.2 本征层对太阳电池性能的影响

第五节 I/P界面处理工艺的初步研究

4.5.1 氢处理工艺对薄膜太阳电池输出特性的影响

第六节 小结

第五章 结论和展望

第一节 结论

5.1.1 P型微晶硅材料特性研究的结论

5.1.2 P型微晶硅材料在太阳电池中的应用总结

第二节 研究展望

5.2.1 I/P界面特性

5.2.2 微晶/非晶硅叠层太阳电池的研究

参考文献

致谢

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果