非晶/微晶相变域硅薄膜及其太阳能电池

采用甚高频等离子体增强化学气相沉积（VHF-PECVD）法，成功制备出从非晶到微晶过渡区 域的硅薄膜. 样品的微结构、光电特性及光致变化的测量结果表明这些处于相变域的硅薄膜 兼具非晶硅优良的光电性质和微晶硅的稳定性. 用这种两相结构的材料作为本征层制备了p- i-n太阳能电池，并测量了其稳定性. 结果在AM15(100mW/cm²) 的光强下曝光 800—5000min后，开路电压略有升高，转换效率仅衰退了29%. 关键词： 相变域硅薄膜 光电特性 太阳能电池     

相变区硅薄膜拉曼和红外光谱分析

采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术制备了一系列不同氢稀释率下的硅薄膜,采用拉曼散射光谱和傅里叶红外光谱技术研究了非晶/微晶相变区硅薄膜的微观结构变化,将次晶结构(paracrystalline structure)引入到非晶/微晶相变区硅薄膜结构中,提出了次晶粒体积分数(f_p),用来表征硅薄膜中程有序程度。结果表明,氢稀释率的提高导致硅薄膜经历了从非晶硅到微晶硅的相变过程,在相变区靠近非晶相的一侧,硅薄膜表现出氢含量高、结构致密和中程有序度高等特性,氢在薄膜的生长中主要起到表面钝化作用。在相变区靠近微晶相的一侧,硅薄膜具有氢含量低、晶化率高和界面体积分数小等特性,揭示了氢的刻蚀作用主控了薄膜生长过程。采用扫描电子显微镜对样品薄膜的表面形貌进行分析,验证了拉曼散射光谱和傅里叶红外光谱的分析结果。非晶/微晶相变区尤其是相变区边缘硅薄膜结构特性优良,在太阳能电池应用中适合用作硅基薄膜电池本征层。     

微晶硅n-i-p太阳电池中n型掺杂层对本征层结构特性的影响

采用高压射频等离子体增强化学气相沉积方法在非晶和微晶两种n型硅薄膜衬底上沉积了一系列不同厚度的本征微晶硅薄膜,研究了不同n型硅薄膜对本征微晶硅薄膜的表面形貌、晶化率和结晶取向等结构特性的影响.结果表明,本征微晶硅薄膜结构对n型掺杂层具有强烈的依赖作用,微晶n型掺杂层能够有效减少n/i界面非晶孵化层的厚度,改善本征微晶硅薄膜的纵向均匀性,进而提高微晶硅n-i-p太阳电池性能. 关键词： 孵化层 微晶硅薄膜 纵向均匀性 n-i-p太阳电池     

高压PECVD技术沉积硅基薄膜过程中硅烷状态的研究

采用高压射频等离子体增强化学气相沉积(RF-PECVD)方法在不同功率下制备了一系列硅薄膜材料，研究了材料晶化率和生长速度随功率变化的规律， 进而研究PECVD方法沉积硅薄膜过程中的硅烷反应状态，并提出可以根据硅烷耗尽程度的不同将硅烷反应状态分为未耗尽、耗尽和过耗尽三种.然后，对不同硅烷反应状态下的材料结构、光电性能以及相应的电池进行了研究，并指出适合于太阳电池本征层的高质量微晶硅材料应该沉积在硅烷耗尽状态. 关键词： 耗尽状态 微晶硅 光发射谱     

n型掺杂层结构对n-i-p型微晶硅电池性能和光致衰退特性的影响

采用射频化学气相沉积法,制备了一系列具有不同晶化率n型掺杂层的n-i-p结构微晶硅薄膜太阳电池.发现本征层的结构很大程度上依赖于n型掺杂层的结构,特别是n/i界面处的孵化层厚度以及本征层的晶化率.该系列太阳电池在100 mW/cm²的白光下照射400 h,实验结果证实了本征层晶化率最大（X_c(i)=65%）的电池性能表现出最低的光致衰退率.拥有非晶/微晶过渡区n型掺杂层的电池（本征层晶化率X_c(i)=54%）分别 关键词： 微晶硅 n-i-p结构太阳电池 光致衰退 晶化率     

氢化硅薄膜的晶化机理研究

采用PECVD工艺制备了非晶,微晶和多形硅薄膜,研究了电极间热梯度对氢化硅薄膜结构的影响.根据拉曼光谱得到了微晶硅的晶化率,并在椭偏仪中用BEMA模型验证了其准确性.根据理论模型研究了热梯度对微晶和多形硅薄膜沉积机理的影响.研究薄膜厚度对晶化率的影响表明微晶薄膜底端和表面之间存在晶化梯度,而多形硅薄膜中无晶化梯度存在.采用Tauc-Lorentz模型拟合得到薄膜的结构参数表明非晶硅薄膜的致密度和有序度低,而多形硅和微晶硅薄膜的有序度、致密度相近,且明显高于非晶硅. 关键词： 氢化硅 晶化 热梯度 结构     

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%.     

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%.     

气体滞留时间对高速沉积的微晶硅薄膜性能的影响分析

实现高速沉积对于薄膜微晶硅太阳电池产业化降低成本是一个重要手段.采用超高频等离子体增强化学气相沉积(VHF-PECVD)技术，实现了微晶硅硅薄膜的高速沉积，并通过改变气体总流量改变气体滞留时间，考察了气体滞留时间在化学气相沉积(CVD)过程中对薄膜的生长速率以及光电特性和结构特性的影响.采用沉积速率达到12?/s的高速微晶硅工艺制备微晶硅电池，电池效率达到了5.3％. 关键词： 气体滞留时间 高速沉积 微晶硅 超高频等离子体增强化学气相沉积     

微晶硅锗太阳电池本征层纵向结构的优化

采用射频等离子体增强化学气相沉积技术, 研究了辉光功率对微晶硅锗材料结构特性和光电特性的影响, 提出使用功率梯度的方法制备微晶硅锗薄膜太阳电池本征层. 优化后的微晶硅锗本征层不仅保持了晶化率纵向分布的均匀性, 而且形成了沿生长方向由宽到窄的渐变带隙分布, 使电池的填充因子和短路电流密度都得到了提高. 采用此方法制备的非晶硅/微晶硅锗双结叠层电池转换效率达到了9.54%.     

The optoelectronic properties of silicon films deposited by inductively coupled plasma CVD

Hydrogenated amorphous and microcrystalline silicon films were deposited by inductively coupled plasma chemical vapor deposition (ICP-CVD) at low substrate temperatures using H₂-diluted SiH₄ as a source gas. High-density plasma generated by inductively coupled excitation facilitates the crystallization of silicon films at low temperatures, and microcrystalline silicon films were obtained at the substrate temperature as low as 180 °C. The columnar structure of the films becomes more and more compact with an increase of their crystallinity. The reduction of hydrogen content in the films causes a narrowing of the optical bandgap and an enhancement of the absorption with increasing the substrate temperature. The microcrystalline silicon films show two electronic transport mechanisms: one is related to the density of state distribution in the temperature region near room temperature and the other is the variable range hopping between localized electronic states close to the Fermi level below 170 K. A reasonable explanation is presented for the dependence of the optoelectronic properties on the microstructure of the silicon films. The films prepared at a substrate temperature of 300 °C have highly crystalline and compact columnar structure, high optical absorption coefficient and electrical conductivity, and a low hydrogen content of 3.8%.     

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     

采用热丝辅助的新型微波电子回旋共振法制备高质量的氢化非晶硅薄膜

采用热丝辅助的新型微波电子回旋共振法制备了高质量的氢化非晶硅薄膜。在制备过程中，热丝对改进薄膜微结构，提高稳定性及光电特性方面起到了重要的作用。实验结果表明：在薄膜的微结构中，硅氢二键含量显著减少并出现了少量微晶相，其有利于改善薄膜的稳定性；在薄膜的光电特性方面，薄膜的沉积速率及光敏性分别达到了2.0nm/s和4.71*105以上。     

Features of the structure and defect states in hydrogenated polymorphous silicon films

The structural and electronic properties of thin hydrogenated polymorphous silicon films obtained by plasma-enhanced chemical vapor deposition from hydrogen (H₂) and monosilane (SiH₄) gas mixture have been studied by means of transmission electron microscopy, electron paramagnetic resonance (EPR) spectroscopy, and Raman spectroscopy. It has been established that the studied films consist of the amorphous phase containing silicon nanocrystalline inclusions with the average size on the order of 4–5 nm and the volume fraction of 10%. A signal was observed in the hydrogenated polymorphous silicon films during the EPR investigation that is attributed to the electrons trapped in the conduction band tail of microcrystalline silicon. It has been shown that the introduction of a small fraction of nanocrystals into the amorphous silicon films nonadditively changes the electronic properties of the material.     

前端接触势垒高度对非晶硅和微晶硅异质结太阳电池的影响

运用AMPS-1D（Analysis of Microelectronic and Photonic Structures） 程序系统分析了前端接触（铟锡氧化物）的势垒分别对非晶硅和微晶硅太阳电池性能的影响,比较了两种影响的差异并分析了具体原因. 研究表明：与微晶硅相比,非晶硅受铟锡氧化物功函数Φ_ITO的影响更加显著. 随着Φ_ITO的增加非晶硅的各项物理性能（如太阳电池效率、填充因子等）得到明显改善,而微晶硅的各项参数虽然也随Φ_ITO增加而改变,但更容易趋于饱和. 模拟结果显示,在实际的太阳电池装备过程中可根据前端电极的性能来选择合适的p型硅材料. 关键词： 铟锡氧化物 非晶硅 微晶硅 计算机模拟     

Microcrystalline silicon oxide (μc-SiO:H) alloys as a contact layer for highly efficient Si thin film solar cell

We observe >6% efficiency enhancement in silicon thin film solar cell using a p-type microcrystalline silicon oxide (μc-SiO:H) contact layer between transparent conducting oxide (TCO) electrode and the hydrogenated amorphous silicon (a-Si:H) layer. The role of the above contact layer is to reduce the Schottky barrier effect as well as the hetero-junction barrier formation at the interface. Despite its nanometer scale thickness, the properties of the contact layer significantly affect the solar parameters. Based on our results, p-type doped μc-SiO:H can be an ideal material as a contact layer due to its good optical response without noticeable degradation in its electrical property.     

衬底温度和硼掺杂对p型氢化微晶硅薄膜结构和电学特性的影响

以B₂H₆为掺杂剂,采用射频等离子体增强化学气相沉积技术在玻璃衬底上制备p型氢化微晶硅薄膜.研究了衬底温度和硼烷掺杂比对薄膜的微结构和暗电导率的影响.结果表明：在较高的衬底温度下很低的硼烷掺杂比即可导致薄膜非晶化;在实验范围内,随着衬底温度升高薄膜的晶化率单调下降,暗电导率先缓慢增加然后迅速下降,变化趋势与硼烷掺杂比的影响极为相似.最后着重讨论了p型氢化微晶硅薄膜的生长机理. 关键词： p型氢化微晶硅薄膜 衬底温度 晶化率 电导率     

微晶硅薄膜的结构及光学性质的研究

借助RF-PECVD辅助RTP技术，采用高沉积气压的技术路线制备了优质的微晶硅薄膜，并利用拉曼光谱、反射谱和透射谱分别研究了微晶硅的晶化率和光学性质.实验中发现微晶硅的吸收边出现了相对红移，此相对红移可归结于薄膜晶化率的提高和带尾态密度的降低. 关键词： 微晶硅 拉曼光谱 快速热处理 红移