微晶硅锗薄膜作为近红外光吸收层在硅基薄膜太阳电池中的应用

采用射频等离子体增强化学气相沉积技术,制备了具有一定晶化率不同Ge含量的氢化微晶硅锗(μcSi1-xGex:H)薄膜.通过Ⅹ射线荧光谱、拉曼光谱、X射线衍射谱、傅里叶红外谱、吸收系数谱和电导率的测试,表征了μc-Si_(1-x)Ge_x:H的材料微结构随Ge含量的演变.研究表明:提高Ge含量可以增强μc-Si_(1-x)Ge_x:H薄膜的吸收系数.将其应用到硅基薄膜太阳电池的本征层中可以有效提高电池的短路电流密度(J_(sc)).特别是在电池厚度较薄或陷光不充分的情况下,长波响应的提高会更为显著.应用ZnO衬底后,在Ge含量分别为9%和27%时,μc-Si_(1-x)Ge_x:H太阳电池的转换效率均超过了7%.最后,将μc-Si_(1-x)Ge_x:H太阳电池应用在双结叠层太阳电池的底电池中,发现μc-Si_(0.73)Ge_(0.27):H底电池在厚度为800 nm时即可得到比1700 nm厚微晶硅(μc-Si:H)底电池更高的长波响应.以上结果体现μc-Si_(1-x)Ge_x:H太阳电池作为高效近红外光吸收层,在硅基薄膜太阳电池中应用的前景.     

利用x射线小角散射技术研究微晶硅薄膜的微结构

采用x射线小角散射（SAXS）技术研究了由射频等离子体增强化学气相沉积（rf-PECVD）、 热丝化学气相沉积(HWCVD)和等离子体助热丝化学气相沉积(PE-HWCVD)技术制备的微晶硅（ μc-Si:H）薄膜的微结构.实验发现，在相同晶态比的情况下，PECVD沉积的μc-Si:H薄膜微 空洞体积比小，结构较致密，HWCVD沉积的μ-Si:H薄膜微空洞体积比大，结构较为疏松，PE -HWCVD沉积的μc-Si:H薄膜，由于等离子体的敲打作用，与HWCVD样品相比，微结构得到明 显改善.采用HWCVD二步法和PE-HWCVD加适量Ar离子分别沉积μc-Si:H薄膜，实验表明，微结 构参数得到了进一步改善.45°倾角的SAXS测量显示，不同方法制备的μc-Si:H薄膜中微空 洞分布都呈各向异性.红外光谱测量也证实了SAXS的结果. 关键词： 微晶硅薄膜 微结构 微空洞 x射线小角散射     

甚高频高速沉积微晶硅薄膜的研究

采用甚高频化学气相沉积(VHF-PECVD)技术制备了系列微晶硅(μc-Si:H)薄膜样品,重点研究了硅烷浓度、功率密度、沉积气压和气体总流量对薄膜沉积速率和结晶状态的影响,绘制了沉积气压和功率密度双因素相图. 以0.75nm/s的高速沉积了器件质量级的微晶硅薄膜,并以该沉积速率制备出了效率为5.5%的单结微晶硅薄膜电池. 关键词： 微晶硅薄膜 高速沉积 甚高频化学气相沉积     

HW-MWECR-CVD法制备氢化微晶硅薄膜及其微结构研究

用热丝辅助微波电子回旋共振化学气相沉积方法制备出高晶化体积分数的氢化微晶硅(μc-Si:H)薄膜.拉曼散射和X射线衍射技术对样品的微观结构测量分析表明，当反应气体中SiH₄浓度在3.6%—50%之间大范围变化时，μc-Si:H薄膜均具有高的晶化体积分数.进一步的分析表明，在SiH₄浓度较大时制备的薄膜，其结构以非晶-微晶的过渡相为主.薄膜易于晶化或生长为过渡相的主要原因是微波电子回旋共振使SiH₄气体高度分解，等离子体高度电离. 关键词： 微波电子回旋共振化学气相沉积 氢化微晶硅薄膜 拉曼散射 X射线衍射     

n型窗口层材料及其在高速沉积微晶硅太阳电池中的应用研究

采用常规的射频等离子体增强化学气相沉积技术制备了可以用于微晶硅薄膜太阳电池的n型的掺杂窗口层材料.通过掺杂窗口层材料在电池中的应用发现：微晶硅薄膜太阳电池由于其电子和空穴的迁移率相差比较小而显示出磷掺杂的n型的微晶硅材料也可以像硼掺杂的p型的微晶硅材料一样,可作为微晶硅薄膜太阳电池的窗口层材料;两种窗口层制备电池的效率差别不大,而且量子效率（QE）测试结果显示两种电池的n/i和p/i界面没有明显的区别;电池的双面不同波长拉曼光谱的测试结果给出：不论是n/i/p还是p/i/n型的电池,在起始生长本征层阶段均 关键词： n型的掺杂窗口层 p型的掺杂窗口层 微晶硅薄膜太阳电池     

激发频率对VHF-PECVD制备微晶硅材料性能的影响

采用甚高频等离子增强化学气相沉积(VHF-PECVD)的方法制备了硅烷浓度分别为6％和7％， 随激发频率变化(40—70MHz)的氢化微晶硅(μc-Si∶H)薄膜材料.研究了材料的电学特性、 结构特性、沉积速率与激发频率之间的关系.结果发现材料的光敏性随频率的增加先降低后 提高，晶化率和沉积速率的变化趋势与之相反；在晶化率最高点，材料在(220)的晶向衍射 峰最高.并从光发射谱的角度研究了材料结构和沉积速率随频率变化的原因. 关键词： 甚高频等离子增强化学气相沉积 本征微晶硅 激发频率     

沉积温度对微晶硅薄膜结构特性的影响

采用PECVD技术，在玻璃衬底上沉积μc-Si:H薄膜. 用拉曼光谱、SEM和UV分光光度计对不同沉积温度下沉积的薄膜的结构特性进行分析. 研究发现：沉积温度较低时，随着沉积温度的升高，薄膜的晶化率增加；当沉积温度超过某一温度值时，随着温度的进一步升高，薄膜的晶化率降低. 这时，表面反应由表面扩散限制转变为流量控制. 该温度值随着硅烷含量的降低而降低. 关键词： 氢化微晶硅薄膜 拉曼散射谱 晶化率 UV分光光度计     

VHF-PECVD低温制备微晶硅薄膜的拉曼散射光谱和光发射谱研究

采用拉曼散射光谱和PR650光谱光度计对VHF-PECVD制备的微晶硅薄膜进行了结构表征和在线监测研究.结果表明：功率对材料的晶化率（χc）有一定的调节作用，硅烷浓度大，微调作用更明显；SiH*的强度只能在一定的范围内表征材料的沉积速率，功率大相应的速率反而下降；I［Hα*］/I［SiH*］强度比值反映了材料晶化程度，此结果和拉曼散射光谱测试结果显示出一致性；I［Hβ*］/I［Hα*］的强度比表明氢等离子体中的电子温度随功率的增大而逐渐降低. 关键词： 甚高频等离子体增强化学气相沉积 微晶硅 拉曼散射谱 光发射谱     

低速p/i界面缓冲层对高速沉积微晶硅太阳电池性能的影响

在采用高压高功率的甚高频等离子体增强化学气相沉积(VHF-PECVD)技术高速沉积微晶硅(μc-Si：H)太阳电池过程中,产生的高能离子对薄膜表面的轰击作用会降低薄膜质量和破坏p型掺杂层(p层)与本征层(i层)之间的界面特性.针对该问题提出在电池中引入低速沉积的p/i界面层的方法,即在p层上先低速沉积一薄层本征μc-Si：H薄膜,然后再高速沉积本征μc-Si：H薄膜.实验结果表明,引入低速方法沉积的界面层有效地提高了p/i界面特性和i层微结构的纵向均匀性,而随界面层厚度的增加,i层中的缺陷态先降低后增加, 关键词： μc-Si：H太阳电池 甚高频等离子体增强化学气相沉积 p/i界面层     

拉曼光谱和红外光谱分析沉积气压对微晶硅薄膜微结构的影响

采用射频等离子体增强化学气相沉积法(RF-PECVD),在玻璃和硅衬底上以230—310Pa之间的沉积气压生长微晶硅(μc-Si:H)薄膜。利用拉曼光谱和红外光谱分析样品的微结构。结果发现样品的微结构强烈依赖于沉积气压,并且存在着最佳沉积气压250Pa,在此条件下的微晶硅薄膜晶化率为60.6%,氢含量为最小值9.1%。     

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%.     

Influence of Boron doping on microcrystalline silicon growth

Microcrystalline silicon (μc-Si:H) thin films with and without boron doping are deposited using the radio-frequency plasma-enhanced chemical vapour deposition method. The surface roughness evolutions of the silicon thin films are investigated using ex situ spectroscopic ellipsometry and an atomic force microscope. It is shown that the growth exponent β and the roughness exponent α are about 0.369 and 0.95 for the undoped thin film, respectively. Whereas, for the boron-doped μc-Si:H thin film, β increases to 0.534 and α decreases to 0.46 due to the shadowing effect.     

Influence of H2O/DEZ ratio on LPCVD ZnO:B films for application in a-Si:H/μc-Si:H tandem solar cells

In this study, boron doped zinc oxide (ZnO:B) films were prepared at different water to diethyl zinc (H₂O/DEZ) flow ratios from 0.6 to 1.4 by a low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) technique. It is found that the morphology of ZnO:B films varies from small leaf-like to pyramidal surface structures with the increasing H₂O/DEZ flow ratio. The rough ZnO:B films deposited at a relatively H₂O/DEZ flow ratio such as 1.2 or 1.4 show a high haze value of up to 28 % at 600 nm and $\mathrm{a} (11\overline{2}0)$ preferential crystallographic orientation. All ZnO:B films were applied in hydrogenated amorphous silicon/microcrystalline silicon tandem solar cells (a-Si:H/μc-Si:H) as front electrodes. The efficiency of the solar cells increases with the increasing H₂O/DEZ flow ratio, which is attributed to a high spectral response mainly in the long-wavelength range and the consequent enhancement of short-circuit current. A high-efficiency a-Si:H/μc-Si:H tandem solar cell of 10 % was achieved. The H₂O/DEZ ratio is an important process parameter to tune the material properties of LPCVD ZnO:B films and the performances of corresponding silicon thin film solar cells.     

高速沉积本征微晶硅的优化及其在太阳电池中的应用

采用高压高功率的甚高频等离子体增强化学气相沉积（VHF-PECVD）技术高速（沉积速率约为1.2 nm/s）沉积了一系列不同厚度的本征微晶硅薄膜,并通过Raman谱和XRD谱的测试,研究了高速沉积时本征微晶硅薄膜的微结构演变特性及其对电池性能的影响.针对其微结构特性及高速沉积本身存在的离子轰击作用强的特点,提出了在沉积微晶硅薄膜过程中采用功率梯度的方法,达到有效地控制薄膜微结构变化的目的,并在一定功率梯度范围内降低了电子温度,提高了薄膜质量,从而使电池效率明显提高.最后在沉积速率为1.2 nm/s时,制备 关键词： 高速沉积 微晶硅薄膜 微结构演变 功率梯度     

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.     

Heterojunction solar cells produced by porous silicon layer transfer technology

In this paper, we present the result of heterojunction solar cells based on porous silicon layer transfer technology. a-Si/c-Si structured solar cells were prepared in which the c-Si was deposited on annealed double-layer porous silicon by low-pressure chemical vapor deposition. The structural properties and the evolvement of the double-layer porous silicon before and after thermal annealing were investigated by scanning electron microscopy. X-ray diffraction, Raman spectroscopy and a microwave photoconductive decay method were used to investigate the properties of the epitaxial silicon thin films deposited at different pressures. And, the influence of the deposition pressure on the properties of the c-silicon thin films was investigated. The spectral responses of the cells were studied by a quantum efficiency test. The results show that the epitaxial silicon thin film deposited at 100 Pa has better carrier lifetime and better spectral response. Furthermore, the Raman peak intensity of the silicon film prepared at 100 Pa is much closer to that of a monocrystalline silicon wafer. A simple solar cell structure without any light-trapping features showed an efficiency of up to 10.1 %.     

提高非晶硅/微晶硅叠层太阳电池光稳定性的研究

如何提高硅基薄膜太阳电池的光稳定性是硅基薄膜太阳电池研究和产业化过程中非常重要的问题. 为了提高非晶硅/微晶硅叠层电池的光稳定性, 本文首先给出了良好光稳定性非晶硅顶电池的结果, 然后重点研究了N/P隧穿结和微晶硅底电池本征层硅烷浓度梯度对叠层电池光稳定性的影响. 经过初步优化, 连续光照1000 h后非晶硅/微晶硅叠层电池的最小光致衰退率只有7%.     

非晶/微晶两相硅薄膜电池的计算机模拟

在对不同晶相比硅薄膜的实验研究的基础上，利用有效介质理论估算了这种两相材料的光吸 收系数、迁移率寿命乘积及带隙宽度等参量，计算机模拟了不同结晶比硅薄膜电池的伏安特 性及光谱响应；结果为随着本征层微晶成分的增多，电池的开路电压逐渐减小，短路电流逐 渐增大，本征层的最佳厚度逐渐增大，填充因子有降低的趋势，电池的效率随晶相比的增大 而减小. 电池的光谱响应曲线表明，随晶相比的增大电池的长波响应明显提高. 根据这些模 拟结果，分析讨论了在考虑Lambertian背反射的情况下，非晶/微晶叠层电池的底电池采用 晶相比为40％—50％的两相硅薄膜材料做本征层是最佳选择. 关键词： 两相硅薄膜 太阳能电池 计算机模拟