纯微晶硅太阳能电池——晶硅还是非晶硅电池特性.doc

《纯微晶硅太阳能电池——晶硅还是非晶硅电池特性.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、纯微晶硅太阳能电池——晶硅还是非晶硅电池特性？J.Meier,R.Fluchiger,H.Keppner,andA.Shah瑞士纽沙特大学微技术研究院，1994发表通过高频辉光放电方式制备出纯uc-Si:Hp-i-n太阳能电池。直到现在，本征uc-Si:H还没有得到很多关注而被认为是一种光电活性材料。然而，通过加强近红外区域的吸收，可以得到4.6%转换效率和高达21.9mA/cm2的短路电流密度。第一次光衰减实验就表明纯uc-Si:H电池没有衰减。电压依赖的光谱响应测试意表明在纯uc-Si:Hp-i-n电池

2、中载流子输运也许是通过扩散方式联合完成（还有漂移作用）。微晶硅由非晶硅体中微小单晶晶粒（10-500A）组成。通常采用200-300C高功率密度的RS-MS方式，通入大量氢稀释的硅烷气体。取决于沉积条件，晶化率可以达到80%-90%。掺杂实验显示，在半导体器件比如太阳能电池中作为和

型接触以及阻挡层uc-Si:H都是一种非常优秀的材料。对比掺杂的非晶硅或者非晶硅合金，uc-Si:H可以实现更高的电导率，这要归功于晶体相更有效率的掺杂效果。当前研究的目标是揭示非掺杂或者轻微补偿的uc-Si:H具有成

3、为非常令人感兴趣的新型光电薄膜材料的潜力，以和已有的通常观点做对比。不同的特性描述方式比如ESR、场效应测量、以及其它方式表明，在uc-Si:H晶界或者非晶硅带的缺陷富集带，缺陷密度约1017-5×1018cm-3,Energy-wise分布在整个能隙上。高缺陷密度也许阻碍了到现在为止非掺杂uc-Si:H材料在太阳能电池应用上的使用。关于在p-i-n电池中非掺杂uc-Si:H的工作做的很少。然而，薄膜研究带来事实的大致认识，非掺杂或补偿uc-Si:H在光衰减下比a-Si:H更稳定。对所有类型uc-Si:H(

4、,

和层)的生长，我们使用一个电容耦合甚高频辉光放电(VHF-GD)电浆发生器，处于70MHz磁场中（将在别处表述）。对比通常的13.56MHz电浆磁场，VHF技术容许a-Si:H和uc-Si:H更高的沉积速率。于是，在60mW/cm2电浆功率密度中，uc-Si:H层得到特有的1A/S沉积速率。生成的非掺杂uc-Si:H显示一定程度的-型特性，也许是因为氧缺陷和其它杂质，以及也可能是结构效应。在之前的研究中，我们已经介绍了通过在气相中加入ppm浓度范围的微量硼得到的补偿uc-Si

5、:H材料的性质。另一个研究小组公布了相似的结果。这些结果被用到电池的层生长上。最近发展出的

型窗口层，低晶化型uc-Si:H背接触电极，一起和补偿层被应用到电池中。对透明导电氧化物（TCO）镀膜的玻璃基板，我们使用了SnO2和ZnO。各层沉积温度，

层是170C，和层是220C。

层厚度是150A，层是1.7um，是400A。众所周知，对短波长微晶硅显示出比非晶硅较弱的吸收，然而在近红外区却有增强吸收，如同图1光热偏振光谱(PDS)曲线中显示的。其他小组

6、已经报道了uc-Si:H类似的吸收光谱。对比其它小组的研究发现，我们发现（图1）我们制备的材料有重要的低次能隙吸收。低次能隙吸收达到了良好的非晶硅在退火状态的吸收水平。对比a-Si:H，uc-Si:H的吸收打开了额外利用近红外太阳光谱到更宽范围的潜能，从而提高短路电流（Jsc）；然而，为了达到此目的，层厚度必须提高或者如通常一样使用更多掺杂光陷阱。确实，在图2中我们的uc-Si:Hp-i-n电池的光谱响应测量清楚地确认有更高的红外吸收。作为惊奇的事实，我们发现当厚度高到1.7um，实际上光生载流子全部

7、被收集，对于近似厚度的非晶p-i-n电池却是相反的事例。对AM1.5条件，我们得到21.9mA/cm2的短路电流密度，比曾经报道的非晶硅电池最高值还要高的多，实现了吸收光谱的预测（图1）。对1.7um厚度电池在0偏压下良好的收集饱和使我们得出结论，短路电流可以通过增加层厚度进一步提升。最好的电池(1.7um)显示了4.6%的效率（实际面积5mm2），但是得到的开路电压是在340-389mV间，FF是在40%到60%之间。进一步提高效率的潜力是在于优化p-i界面以得到更高的Voc值。我们之前在不同的研究

8、中有说明，通过插入a-Si:H缓冲层可以使高到600mV的Voc值成为可能。在后续内容中，对我们的新电池长期光衰减条件下稳定性的重要问题被测试。对非晶硅电池衰减过程按照美国国家可再生能源实验室(NREL)引进的进行（100mW/cm2AM1.5,1000h,50C）。微晶硅电池在AM1.590mW/cm2光源（5个一排飞利浦，PL-L24W/95/4P灯）下照射超过640h。温度保持在常数47±2C。图3中给出了