Chap.9-非晶硅薄膜太阳电池材料ppt课件.pptx

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1、Chap.9非晶硅薄膜太阳电池材料梁宗存2015.4目录一、薄膜太阳电池发展现状二、非晶硅薄膜太阳电池发展历史三、非晶硅结构，非晶硅特性四、非晶硅薄膜制备方法五、非晶硅太阳电池的理论与技术基础六、非晶硅太阳电池的基本结构，制备工艺七、非晶硅太阳电池特点八、非晶硅太阳电池研究现状及产业化现状一、薄膜光伏技术产业发展的现状和趋势硅薄膜（Si）、碲化镉（CdTe）和铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池效率不断提高，产业化迅速发展硅异质结电池效率稳步上升（23%），产业化开始成熟，许多晶硅电池生产商竞相发展

2、硅异质结电池燃料敏化太阳能电池及有机高分子太阳能电池由于其工艺简单、制备成本低、轻量化等特点逐渐受到太阳能行业的关注玻璃金属钼铜铟镓硒硫化锌本征氧化锌玻璃透明导电薄膜玻璃金属镍缓冲层重掺杂碲层碲化镉玻璃透明导电薄膜硫化镉玻璃反射层背透明导电层微晶硅电池中间反射层玻璃透明导电薄膜非晶硅电池铜铟镓硒电池碲化镉电池非晶硅/微晶硅电池主要吸收层：铜铟镓硒发现时期：1976年量产起步：2000年初期主要吸收层：硅薄膜非晶硅单结发现：1976年商业化非晶硅组件：1986年非晶硅/微晶硅电池发现：1994年商业

3、化：2007年主要吸收层：碲化镉发现时期：60年代初期量产起步：2000年初期一、三种主要薄膜太阳电池结构和发展三、非晶硅结构，非晶硅特性，H稀释非晶硅的结构示意图，薄膜中的H有两种聚集状态：稀疏态和聚集态原子结构原子之间的健合类似晶体结构，但长程无序，短程有序（几个晶格常数范围内），形成共价无规网络结构。缺陷和亚稳态大量的悬空健SW光致衰退效应：非晶硅薄膜及其合金的光、暗电导率随光照时间加长而减少，经一定温度下退火后可恢复原状。这种现象首先由Stabler和Wronski发现。这是非晶硅材料结构

4、的一种光致亚稳态变化效应，称作光致衰退效应。电子态密度电子态密度，g(E)。非晶硅材料结构上的长程无序产生了能带尾，带尾的宽度依赖于结构无序的程度。此外，非晶硅材料中存在的大量缺陷态在能隙中构成了连续分布的缺陷态能级。带尾定域态和带隙中缺陷定域态起着陷阱和复合中心作用。他们对半导体电学和光学具有决定性的影响，电学性质上最明显的特征是非晶硅中电子和空穴的迁移率比晶体硅小得多。一般电子迁移率un约为1cm2/VS,空穴为0.1cm2/VS。光学特性方面，由于非晶硅不具有长程有序性，电子跃迁不再遵守准动

5、量守恒定则限制，因此，可以更有效地吸收光子。在可见波段内，比晶体硅大一个数量级，其本征吸收系数高达105cm-1.掺杂非晶硅中掺杂低效，大多数掺杂原子不能贡献自由电子和提升Fermi能级；对于能贡献电子的掺杂原子，有一个悬空键接受它。这些缺陷态能级正好位于导带下面，因此，这些掺杂原子的掺杂效应比晶体硅的掺杂是比较低效的。三、非晶硅结构，非晶硅特性，H稀释非晶硅a-Si禁带宽度为1.7eV,通过掺B或掺P可得到p型a-Si或n型a-Si;非晶硅掺C,可得到a-SiC,禁带宽度2.0eV（宽带隙）;

6、掺Ge,可得到a-SiGe禁带宽度1.7-1.4eV（窄带隙）;在太阳光谱的可见光范围内，非晶硅的吸收系数比晶体硅大将近一个数量级，其本征吸收系数高达105cm-1;三、非晶硅结构，非晶硅特性，H稀释非晶硅太阳电池光谱响应的峰值与太阳光谱的峰值接近；由于非晶硅材料的本征吸收系数很大，1um厚度就能充分吸收太阳光，厚度不足晶体硅的1/100，可明显节省昂贵的半导体材料。S-W效应：非晶硅及其合金的光暗电导率随光照时间加长而减少，经200度退火2小时可恢复原状。这是非晶硅材料结构的一种光致亚稳变化效应

7、，即光照使材料产生悬挂键等亚稳态缺陷。三、非晶硅结构，非晶硅特性，H稀释在非晶硅制备过程中，硅烷混合气常用H2进行稀释，目的是减少缺陷态密度和提高材料的稳定性；当H稀释增加到足够高时，此时，非晶硅薄膜向微晶薄膜转变。原因：在薄膜生长过程中，H原子“腐蚀”掉薄膜中活跃位置的弱键，大量的H原子促进了吸附原子表面扩散，使得吸附原子移动到更加稳定的位置和形成更强的价键，因此大量的稀释H原子将诱导微晶硅的形成。四、非晶硅薄膜制备方法六、非晶硅太阳电池的基本结构，制备工艺对a-Si薄膜掺杂以控制其导电类型和电

8、导数量的工作，1975年第一次由莱康柏和斯皮尔实现。同时也就实现了a-SiPN结的制作。事实上，由于a-Si多缺陷的特点，掺杂往往使缺陷密度进一步增加，a-Si太阳电池基本结构不是PN结而是PIN结。掺硼形成P区，掺磷形成N区，I为非杂质或轻掺B的本征层（因为非掺杂a-Si是弱N型）。重掺杂的P、N区在电池内部形成内建势，以收集电荷。六、非晶硅太阳电池的基本结构，制备工艺同时两者可与导电电极形成欧姆接触，为外部提供电功率。I区是光敏区。光电导/暗电导比在105--106。此区中光生