非晶硅太阳电池BZO/p-a-SiC:H接触特性改善的研究

采用重掺杂的p型微晶硅来改善前电极掺硼氧化锌 (ZnO:B) 和窗口层p型非晶硅碳 (p-a-SiC) 之间的非欧姆接触特性. 通过优化插入层p型微晶硅的沉积参数 (氢稀释比H₂/SiH₄、硼掺杂比B₂H₆/SiH₄) 获得了较薄厚度下 (20 nm) 暗电导率高达4.2 S/cm的p型微晶硅材料. 在本征层厚度约为150 nm, 仅采用Al背反射电极的情况下,获得了效率6.37%的非晶硅顶电池(V_oc=911 mV, FF=71.7%, J_sc=9.73 mA/cm²), 开路电压V_oc和填充因子FF均较无插入层的电池有大幅提升. 关键词： 氧化锌 p型微晶硅 非晶硅顶电池 非欧姆接触     

非晶硅界面缓冲层对非晶硅锗电池性能的影响

针对非晶硅锗电池本征层高锗含量时界面带隙失配以及高界面缺陷密度造成电池开路电压和填充因子下降的问题,通过在PI界面插入具有合适带隙的非晶硅缓冲层,不仅有效缓和了带隙失配,降低界面复合,同时也通过降低界面缺陷密度改善内建电场分布,从而提高了电池的收集效率. 进一步引入IN界面缓冲层以及对非晶硅锗本征层进行能带梯度设计,在仅采用Al背电极时,单结非晶硅锗电池转换效率达8.72%. 关键词： 非晶硅缓冲层 非晶硅锗薄膜太阳电池 带隙 界面     

非晶硅锗电池性能的调控研究

采用射频等离子体增强化学气相沉积技术, 研究了非晶硅锗薄膜太阳电池. 针对非晶硅锗薄膜材料的本身特性, 通过调控硅锗合金中硅锗的比例, 实现了对硅锗薄膜太阳电池中开路电压和短路电流密度的分别控制. 借助于本征层硅锗材料帯隙梯度的设计, 获得了可有效用于多结叠层电池中的非晶硅锗电池. 关键词： 非晶硅锗薄膜太阳电池 短路电流密度 开路电压 带隙梯度     

硅异质结太阳电池中钝化层和发射层的优化设计

本征钝化层及p型发射层对硅异质结太阳电池的性能具有重要的影响.本文在常规钝化层与晶硅衬底(c-Si)之间插入一层低功率、高氢稀释比沉积的超薄缓冲层,以此来提高钝化效果,并拓宽钝化层工艺窗口.此外,设计并制备了具有宽带隙、高电导特性的重掺杂纳米晶硅/轻掺杂p型双层复合发射极.实验结果表明,双层钝化层具有更加稳定与优异的钝化效果,钝化样品的少子寿命达到4.197 ms,隐含开路电压(implied-V_(OC),iV_(OC))达到726 mV.同时双层复合发射层中,轻掺杂的掺杂层可以减弱掺杂剂向本征钝化层的扩散,保证良好的钝化效果,而重掺杂的掺杂层不仅能够提供足够的内建电场,而且可以改善掺杂层与氧化铟锡薄膜的接触特性,进而提升电池的输出特性.并且高氢稀释比的前掺杂层还可以对钝化层起到氢处理的作用,减少钝化层表面的悬挂键,从而增强化学钝化效果,进而提高电池的开路电压.最终,基于商业化制绒的硅片,获得了效率达到20.96%的硅异质结太阳电池,其中开路电压为710 mV,短路电流密度为39.88 mA/cm~2,填充因子为74.02%.     

氧化锌掺铝绒面薄膜在有机光伏电池中的应用

目前有机光伏电池的吸光活性层电学传输特性和光学吸收特性的不匹配是制约其能量转换效率提升的主要原因之一. 通过陷光结构对入射光进行调控, 提高电池对光的约束和俘获能力从而达到“电学薄”和“光学厚”的等效作用, 是解 决有机光伏电池电学和光学不匹配的有效手段. 本文采用湿法刻蚀技术获得了系列时间梯度的绒面氧化锌掺铝薄膜, 并将其作为有机光伏电池的入射陷光电极, 显著增强了电池的光学吸收. 研究发现, 当使用浓度0.5%的稀HCL腐蚀30 s后的氧化锌掺铝薄膜作为入射电极后, 电池的光电性能和效率显著增强. 基于此绒面电极电池的电流密度比平面结构的电池提高了8.17%, 效率改善了11.29%. 通过对绒面电极表面的修饰处理, 实现了电极与光活性层之间良好的界面接触, 从而减小了对电池的开路电压和填充因子的影响.     

In_2O_3:Sn中间层改善B掺杂ZnO薄膜的性能及其应用研究

金属有机化学气相沉积(MOCVD)法生长的掺硼氧化锌(BZO)薄膜,具有天然的"类金字塔"绒面结构,作为硅基薄膜太阳电池的前电极具有良好的陷光效果.但直接获得的BZO薄膜表面形貌过于尖锐,影响后续硅基薄膜材料生长质量及太阳电池的光电转换效率.本文设计了以一层超薄In2O3:Sn(ITO)薄膜(～4 nm厚度)作为中间层的多层膜,并通过对顶层BZO薄膜的厚度调制,改善BZO薄膜的表面特性,薄膜结构为:glass/底层BZO/ITO/顶层BZO.合适厚度的顶层BZO薄膜有助于获得类似"菜花状"形貌特征,尖锐的表面趋于"柔和",而较厚的顶层BZO薄膜仍然保持"类金字塔状"结构."柔和"的BZO薄膜表面结构有助于提高后续生长薄膜电池的结晶质量.将获得的新型"三明治"结构多层膜应用于p-i-n型氢化微晶硅(μc-Si:H)薄膜太阳电池,相比传统的BZO薄膜,电池的量子效率QE在500—800 nm波长范围提高了～10%,并且电池的Jsc和Voc均有所提高.     

太阳电池中新腐蚀液实现纳米黑硅表面的一步腐蚀制备

通过引入添加剂,调节腐蚀溶液的pH值,实现了一步法制备黑硅表面. 在取得低表面反射率的同时,减小了黑硅层的腐蚀深度,对于16 min腐蚀的黑硅层,其表面加权平均反射率可达5%(300～1200 nm),但腐蚀深仅约为200 nm. 减小腐蚀深度能够降低黑硅太阳电池的表面复合速率,从而提高太阳电池性能,尤其是开路电压及填充因子. 以新腐蚀液制备的黑硅为衬底,在常规太阳电池产线上制备大面积p-Si黑硅太阳电池,实现了15.63%的转换效率,具有高的开路电压(624.32 mV)和填充因子(77.88%),改进了大面积黑硅太阳电池的性能.     

微量掺碳nc-SiC:H薄膜用于p-i-n太阳电池的窗口层

采用等离子增强化学气相沉积方法(PECVD)制备了微量掺碳的p型纳米非晶硅碳薄膜(p-nc-SiC：H)，反应气体为硅烷和甲烷，掺杂气体采用硼烷，沉积温度分别采用333K，353K和373K.测量结果表明随着沉积温度增加和碳含量的增加，薄膜的光学带隙增加；薄膜具有较宽的带隙和较高的电导率，同时有较低的激活能(0.06eV).Raman和XRD测量结果表明薄膜存在纳米晶.优化的p型纳米非晶硅碳薄膜作为非晶硅p-i-n太阳电池的窗口层，使得太阳电池的开路电压达到0.94V. 关键词： 光学带隙 纳米硅 薄膜 太阳能电池     

p型纳米硅与a-Si∶H不锈钢底衬nip太阳电池

报道了选用厚度为0.05mm的不锈钢箔作衬底,B掺杂P型氢化纳米硅作窗口层,制备成功开路电压和填充因子分别达到0.90V和0.70的nip非晶硅基薄膜单结太阳电池.UV VIS透射谱和微区Raman谱证实所用p层具有典型氢化纳米硅的宽能隙和含有硅结晶颗粒的微结构特征.明确指出导致这种氢化纳米硅能隙展宽的物理机制是量子尺寸效应.     

基于氧化镍背接触缓冲层碲化镉薄膜太阳电池的研究

采用电子束蒸发法制备了NiO薄膜,并对其作为碲化镉薄膜太阳电池背接触缓冲层材料进行了相关研究.NiO缓冲层的加入使得碲化镉太阳电池开路电压显著增大.通过X射线光电子能谱测试得到的NiO/CdTe界面能带图表明NiO和CdTe的能带匹配度很好.NiO是宽禁带P型半导体材料,在电池背接触处形成背场,减少了电子在背表面处的复合,从而提高电池开路电压.通过优化NiO薄膜厚度,制备得到转换效率为12.2%、开路电压为789 mV的碲化镉太阳电池.研究证实NiO是用来制备高转换效率、高稳定性碲化镉薄膜太阳电池的一种极有前景的缓冲层材料.     

渐变带隙氢化非晶硅锗薄膜太阳能电池的优化设计

利用一维微电子-光电子结构分析软件(AMPS-1D)在AM1.5G(100 mW/cm2)、室温条件下模拟和比较了有、无渐变带隙氢化非晶硅锗(a-SiGe:H)薄膜太阳能电池的各项性能.计算结果表明:渐变带隙结构电池具有较高的开路电压(V oc)和较好的填充因子(FF),转换效率(E ff)比非渐变带隙电池提高了0.477%.研究了氢化非晶硅(a-Si:H)、氢化非晶碳化硅(a-SiC:H)和氢化纳米晶硅(nc-Si:H)三种不同材料的窗口层对a-SiGe:H薄膜太阳能电池性能的影响.结果显示:在以nc-Si:H为窗口层的电池能带中,费米能级E F已经进入价带,使得窗口层电导率及电池开路电压有所提高,又由于ITO与p-nc-Si:H的接触势垒较低,使得接触处的电场降低,更有利于载流子的收集.另一方面,窗口层与a-SiGe:H薄膜之间存在较大的带隙差,在p/i界面由于能带补偿作用形成了价带势垒(带阶)?E v,阻碍了空穴的迁移,因此我们在p/i界面引入缓冲层,使得能带补偿作用得到释放,更有利于空穴的迁移和收集,得到优化后单结渐变带隙a-SiGe:H薄膜结构太阳能电池的转换效率达到了9.104%.     

氢退火的BZO前电极对非晶硅薄膜太阳能电池性能的影响

采用低压化学气相沉积方法在玻璃衬底上制备了B掺杂的ZnO（BZO）薄膜,通过氢退火对BZO进行处理,然后作为前电极进行了非晶硅薄膜太阳能电池的制备及性能研究。结果表明：在氢气气氛下退火后,BZO薄膜的载流子浓度基本无变化,但Hall迁移率显著提高,这使得BZO薄膜的导电能力提高;当采用厚度较小、透光率较高的BZO薄膜进行氢退火后作为前电极结构时,非晶硅薄膜太阳能电池的短路电流密度提高0.3~0.4 mA/cm²,电池的转化效率提高0.2%。实验结果可为通过优化前电极结构来提高非晶硅薄膜太阳能电池转化效率提供一种简易的方法。     

高压射频等离子体增强化学气相沉积制备高效率硅薄膜电池的若干关键问题研究

报道了采用高压射频等离子体增强化学气相沉积(RF-PECVD) 制备高效率单结微晶硅电池和非晶硅/微晶硅叠层电池时几个关键问题的研究结果, 主要包括: 1)器件质量级本征微晶硅材料工艺窗口的确定及其结构和光电性能表征; 2)孵化层的形成机理以及减小孵化层的有效方法; 3)氢稀释调制技术对本征层晶化率分布及其对提高电池性能的作用; 4)高电导、高晶化率的微晶硅p型窗口层材料的获得, 及其对减小微晶硅电池p/i界面孵化层厚度和提高电池性能的作用等. 在解决上述问题的基础上, 采用高压RF-PECVD制备的单结微晶硅电池效率达8.16%, 非晶硅/微晶硅叠层电池效率11.61%.     

Microcrystalline silicon‐carbon alloys as anti‐reflection window layers in high efficiency thin film silicon solar cells

Microcrystalline silicon‐carbide (μc‐SiC:H) films were prepared using hot wire chemical vapor deposition at low substrate temperature. The μc‐SiC:H films were employed as window layers in microcrystalline silicon (μc‐Si:H) solar cells. The short‐circuit current density (J_SC) in these n‐side illuminated n–i–p cells increases with increasing the deposition time t_W of the μc‐SiC:H window layer from 5 min to 60 min. The enhanced J_SC is attributed to both the high transparency and an anti‐reflection effect of the μc‐SiC:H window layer. Using these favourable optical properties of the μc‐SiC:H window layer in μc‐Si:H solar cells, a J_SC value of 23.8 mA/cm² and cell efficiencies above 8.0% were achieved with an absorber layer thickness of 1 μm and a Ag back reflector. (© 2008 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

Nanoroughness control of Al-Doped ZnO for high efficiency Si thin-film solar cells

The Al-doped ZnO (ZnO:Al) front transparent conducting oxide (TCO) for high efficiency Si thin-film solar cell has been developed using RF magnetron sputtering deposition and chemical wet etching. Microscopic surface roughness of the as-deposited ZnO:Al film estimated by spectroscopic ellipsometry is closely related to the compactness of the TCO film, and shown to be a straightforward and powerful tool to optimize the deposition conditions for the proper post-etched surface morphology. Wet-etching time is adjusted to form the U-shaped craters on the surface of the ZnO:Al film without sharp etch pits that can cause the crack-like defects in the overgrown microcrystalline Si-absorbing layers, and deteriorate the V_oc and FF of the Si thin-film solar cells. That is to say, the nanoroughness control of the as-deposited TCO film with proper chemical etching is the key optimization factor for the efficiency of the solar cell. The a-Si:H/a-SiGe:H/μc-Si:H triple junction Si thin-film solar cells grown on the optimized ZnO:Al front TCO with anti-reflection coatings show higher than 14% conversion efficiency.     

A study of built-in potential ina-Si solar cells by means of back-surface reflected electroabsorption

The electroreflectance (ER) signal has been studied for the purpose of identifying the built-in field in practical amorphous silicon (a-Si∶H) solar cells. Through both theoretical and experimental considerations, it has been confirmed that the ER signal essentially comes from the light which is reflected at the back surface and hence experiences the internal electric field within thea-Si∶H layer. By analyzing the ER signal, which is really the back-surface reflected electroabsorption signal, the built-in potentialV _bcan be evaluated. This method has been applied to various types ofp-i-n junctiona-Si solar cells.V _bof a usual homojunction solar cell was about 0.85 V. Increases ofV _bby 50≈130mV have been found in heterojunction solar cells constructed withp-type amorphous silicon carbide (a-SiC∶H) and/orn-type microcrystalline silicon (μc-Si) as compared with homojunctionp-i-n solar cells. Moreover, a clear dependence ofV _bon the substrate materials has been observed. These experimental results are described in connection with cell performances.     

Microwave detected transient photoconductivity measurements during plasma deposition of intrinsic hydrogenated amorphous silicon

Contactless in-situ measurements of the microwave detected transient photoconductivity during growth of intrinsic a-Si:H films by plasma enhanced chemical vapour deposition are presented. It is shown, that these measurements can be performed without perturbation of the deposition process. The growth of a-Si:H films at 250° C and 120° C substrate temperature is studied and the information obtained from these measurements is discussed. In-situ characterization during growth of a multilayer structure with films deposited subsequently at 120° C, 250° C and again at 120° C is shown.     

Silicon nitride/silicon oxide interlayers for solar cell passivating contacts based on PECVD amorphous silicon

This Letter demonstrates improved passivating contacts for silicon solar cells consisting of doped silicon films together with tunnelling dielectric layers. An improvement is demonstrated by replacing the commonly used silicon oxide interfacial layer with a silicon nitride/silicon oxide double interfacial layer. The paper describes the optimization of such contacts, including doping of a PECVD intrinsic a‐Si:H film by means of a thermal POCl₃ diffusion process and an exploration of the effect of the refractive index of the SiN_x. The n⁺ silicon passivating contact with SiN_x /SiO_x double layer achieves a better result than a single SiN_x or SiO_x layer, giving a recombination current parameter of ～7 fA/cm² and a contact resistivity of ～0.005 Ω cm², respectively. These self‐passivating electron‐selective contacts open the way to high efficiency silicon solar cells. (© 2015 WILEY‐VCH Verlag GmbH &Co. KGaA, Weinheim)     

非晶硅太阳电池结构模拟设计

为了从理论上分析提高非晶硅太阳能电池的转化效率,运用微电子和光子结构分析一维器件模拟程序模拟非晶硅太阳电池a-SiC∶H/a-Si∶H/a-Si∶H结构,分析比较了不同前端接触透明导电层的功函数ФITO、禁带宽度、本征层厚度、掺杂浓度、缺陷态密度等因素对太阳电池性能的影响.模拟得到,在功函数达到5.1 eV,禁带宽度1.8 eV,本征层厚度265 nm等最优化条件下,非晶硅太阳能电池转化效率达到9.855%,比一般非晶硅太阳能电池转化效率高近2%.