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1、Si：H／c-Si异质结太阳电池第27卷第7期2006年7月太阳能ACTAENERGIAESOLARISSINICAV01.27.No.7Ju1.,2006热丝化学气相沉积n型nc.Si"H薄膜及nc.Si:H/c.Si异质结太阳电池张群芳,朱美芳,刘丰珍,刘金龙,许颖2(1.中科院研究生院物理系,北京100039;2.北京市太阳能研究所,北京~ooos6)摘要:采用热丝化学气相沉积(HWCVD)技术制备n型纳米晶硅(nc—Si:H)薄膜,系统地研究了沉积参数,特别是掺杂浓度对薄膜微结构,电学性质和缺陷态的影响
2、,获得了器件质量的n型tic—Si:H薄膜.制备了tic—Si:H/c-SiH1T(HeterojunetionwithIntrinsicThin-layer)结构太阳电池,研究了异质结结构参数对电池性能的影响,初步得到电池性能参数如下:=483mV,J=29.5mA/,=70%,叩=10.2%.关键词:热丝化学气相沉积;纳米晶硅;异质结;太阳电池中图分类号:TKS14文献标识码:A0引言纳米晶硅薄膜因具有高的光吸收系数及高稳定性等优点,成为制备廉价高效薄膜太阳电池的基础材料之一.目前纳米晶硅薄膜的制备方法主要
3、包括化学气相沉积(等离子体,热丝),蒸发和溅射等技术,其中热丝化学气相沉积具有结构简单,成本低,气体利用率高及无离子轰击,能够低温,高速沉积器件质量纳米晶硅薄膜等优点¨].在c—Si上生长一层a-Si:H或nc—Si:H薄膜形成的异质结太阳电池,具有实现高效率低成本硅太阳电池的发展前景.MikioTaguchi等制备的HIT多层结构a-Si/c—Si异质结电池效率达到20.1%L4J.我们采用HWCVD技术,通过优化沉积参量,获得了器件质量的n型纳米晶硅薄膜;并在此基础上制备了nc—Si:H/c—SiH1T结构
4、太阳电池,初步得到了10.2%的初始转换效率.1实验Si薄膜采用HWCVD技术,在玻璃衬底上制备,沉积参数如表1所示.衬底温度固定在25O℃,沉积前用原子H处理衬底表面5min.改变掺杂浓度比(R=[PH3]/[SiI-I4]),热丝温度(),氢稀释度(S)收稿日期:2oo4-11-30基金项目:国家重点基础研究发展规划(973)项目(G20000∞208);国家自然科学基金(6oo76oo4)及沉积气压(P)制备了4个系列的样品.用光热偏转谱(PDs)研究了掺杂对薄膜缺陷态密度的影响.Raman光谱采用T64
5、000型Raman光谱仪测得,通过Raman谱的解谱得到薄膜晶态比.nc—Si:H/c—SiH1T结构太阳电池在电阻率为3—5Q?cm的P型(100)c—si衬底上制备,在c—si背面蒸发一层铝,然后氮气中退火得到背电极,上电极的透明导电膜()通过蒸发制备,si薄膜沉积前用1%HF除去c—si衬底表面氧化物.研究了i层厚度di及热丝温度对电池性质的影响,电池的卜一特性在AM1.5,100mW/crn2太阳模拟器照射下测得.表1沉积参数Table1Depositionparameters2结果和讨论图1给出了不同
6、P条件下n型nc—Si:H薄膜电导率随掺杂浓度比尺的变化,图1表明,在相同P条件下,电导率随着尺的增加很快上升,当R>太阳能27卷0.3%时,电导率趋向饱和;高P对应高电导率,这可能是由于高气压下气相反应充分,与磷相关的反应基元浓度较高,从而提高掺杂效率所致.图2给出了不同沉积气压下n型nc—Si:H薄膜的光热偏转谱(PDS)曲线,随着P的升高,低能端吸收增加,这是由于掺杂原子及由此引起的缺陷态的增加引起,与电导率的变化一致.通过PDS曲线计算了杂质缺陷态密度Ⅳs,当P=2Pa时,Ns:6.7x10"cm
7、?eV～,当P=10Pa时,Ⅳs达到8.0×10墙cmI3?eV一.高沉积气压下沉积速率快,但易导致杂质缺陷态密度的增加,从而致使薄膜光电性质下降.所以器件制备中选用沉积气压为2Pa.图1不同沉积气压下n型nc-Si:H薄膜电导率随[PH3]/[Si]的变化曲线Fig.1Dopingratiodependenceofdarkconductivityforntypenc?Si:HfilmsatdifferemPg图2不同沉积气压下n型nc-Si:H的PDS谱线Fig.2PDSctlrve8ofntypenc-Si
8、:HfilmsatdifferentPg图3给出一定掺杂浓度下n型nc.Si:H薄膜电导率随氢稀释度的变化曲线.当S<90%时,电导率随s的增加而增加,S=90%时电导率达到最大,之后电导率随.s的增加而减小.通常,提高.s可以提高薄膜晶态比和晶粒尺寸,从而电导率随薄膜晶化的增加而相应增加.当S>9o%时,电导率的下降很可能是在高.s下晶粒较大,材料不够致密,导致缺陷态密度
