全TOPCon电池正面多晶硅层硼掺杂工艺

为提升隧穿氧化层钝化接触(TOPCon)电池光电转换效率,本文通过高温扩散在n型TOPCon电池正面制作p型隧穿氧化层钝化接触结构,提升发射极钝化性能,减少正面金属复合。本文研究了不同沉积时间、推进温度、推进时间等工艺参数对实验样品钝化性能及掺杂曲线的影响。实验结果表明,当沉积时间为1 500 s,推进温度为920℃,推进时间为20 min时,掺硼多晶硅层可获得较优的钝化性能及掺杂浓度,其中样品多晶硅层硼掺杂浓度达到1.40×10²⁰ cm^-3,隐开路电压(iV_oc)大于720.0 mV。依据该参数制备的TOPCon电池光电转换效率可达23.89%,对应的短路电流密度为39.36 mA/cm²,开路电压(V_oc)达到726.4 mV,填充因子(FF)为83.54%。     

高效背结异质结太阳电池硼掺杂非晶硅发射极研究

晶硅/非晶硅异质结(HJT)太阳电池由于具有高开压、高转换效率和低温度系数等优点而备受关注，其中硼掺杂p型非晶硅(p-a-Si∶H)发射极是高转换效率电池中不可忽视的重要部分，改变其硼掺杂浓度，可以调节p-layer薄膜的电学特性，从而直接影响电池转换效率。本文采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)设备制备HJT太阳电池，通过改变B₂H₆的掺杂浓度，对电池中p-a-Si∶H层进行优化，使HJT电池获得0.75%的相对效率提升。进一步地，将发射极设置为梯度掺杂的双层结构，经过优化，少子寿命(@Δn=5×10¹⁵ cm^-3)和隐开路电压(@1-Sun)分别提升400μs和3 mV,最终具有梯度掺杂发射极的电池其平均效率相对提升2.03%,主要表现为FF和V_oc的明显增加，实现了高效HJT电池p型发射极的工艺优化。     

超薄多晶硅的掺杂、钝化及光伏特性研究

本文对70 nm超薄多晶硅的掺杂工艺、钝化性能及光伏特性进行了研究。确定了70 nm超薄多晶硅的掺杂工艺,研究表明当离子注入剂量为3.2×10¹⁵ cm^-3,在855 ℃退火20 min时,70 nm超薄多晶硅的钝化性能可以达到与常规120 nm多晶硅相当的水平,且70 nm多晶硅的表面掺杂浓度达到5.6×10²⁰ atoms/cm³,远高于120 nm掺杂多晶硅的表面掺杂浓度(2.5×10²⁰ atoms/cm³)。基于70 nm超薄多晶硅厚度减薄和高表面浓度掺杂的特点,较低的寄生吸收和强场钝化效应使得在大尺寸(6英寸)直拉单晶硅片上加工的N型TOPCon太阳能电池的光电转换效率得到明显提升,主要电性能参数表现为:电流I_sc升高20 mA,串联电阻R_s降低,填充因子FF增加0.3%,光电转换效率升高0.13%。     

高质量硼掺杂单晶金刚石同质外延及电学性质研究

突破高质量、高效金刚石掺杂技术是实现高性能金刚石功率电子器件的前提。本文利用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法,以三甲基硼为掺杂源,制备出表面粗糙度0.35 nm,XRD(004)摇摆曲线半峰全宽28.4 arcsec,拉曼光谱半峰全宽3.05 cm^-1的高质量硼掺杂单晶金刚石。通过改变气体组分中硼元素的含量,实现了10¹⁶~10²⁰ cm^-3的p型金刚石可控掺杂工艺。随后,研究了硼碳比、生长温度、甲烷浓度等工艺条件对p型金刚石电学特性的影响,结果表明:在硼碳比20×10^-6、生长温度1 100 ℃、甲烷浓度8%、腔压160 mbar(1 mbar=100 Pa)时p型金刚石迁移率达到207 cm²/(V·s)。通过加氧生长可以提升硼掺杂金刚石结晶质量,降低杂质散射。当氧气浓度为0.8%时,样品空穴迁移率提升至 614 cm²/(V·s)。     

电势诱导衰退和湿热衰退P-PERC太阳能电池的修复与增效

针对P型钝化发射极背面接触(PERC)太阳能电池在服役期间受到电势衰退和湿热诱导衰退影响而引起光电转换效率降低的问题,本文通过光电注入和热退火工艺对已衰退电池进行修复并研究其增效机制。实验结果表明:在光照强度为3倍标准太阳光、电注入电流为10 A、退火温度为150 ℃、工艺50 min实验条件下,对180片已衰退电池进行修复实验,其中94.32%的已衰退电池的光电转换效率得到修复,实验后电池光电转换效率平均提升8.96%。光致发光光谱和量子效率分析表明,光电注入和热退火工艺可有效减少电池因电势诱导衰退和湿热衰退形成的内部缺陷和背表面缺陷,提升衰退电池片的光电转换效率。     

ZnO(n)/ZnSe(i)/c-Si(p)异质结太阳电池的模拟研究

近年来,HIT(heterojunction with intrinsic thin-layer)结构太阳能电池由于具有转化效率高和可低温生产等优点获得了广泛的关注,但是转化原材料成本高、生产技术条件苛刻和缺陷态控制等问题制约了其进一步的发展。本文采用AFORS-HET软件模拟了ZnO(n)/ZnSe(i)/c-Si(p)异质结太阳电池结构吸收层掺杂浓度、缺陷密度和界面缺陷态密度等参数对该结构短路电流、开路电压、填充因子和光电转换效率的影响。优化后的结果显示,当吸收层掺杂浓度为1×10²¹ cm^-3,ZnO层和c-Si层缺陷密度小于10¹⁷ cm^-3时,ZnSe/c-Si界面缺陷密度小于10²⁵ cm^-3时,该结构太阳能电池光电转换效率可达24.29%。     

基于载流子选择性接触的N型晶硅电池钝化特性研究

为了研究载流子选择性接触结构在N型晶硅电池钝化特性,本文设计了专门的材料结构.分析对比了不同掺杂浓度分布的材料结构在退火后、沉积SiNx:H薄膜后及烧结后隐开路电压值的变化,并对其钝化机理进行了分析.研究结果表明隐开路电压值对掺杂浓度分布非常敏感.随着掺杂浓度分布进入硅基体的"穿透"深度增加,相对应地退火后、SiNx:H薄膜沉积后及烧结后隐开路电压值均呈现先增加后减小的趋势,且样片沉积SiNx:H薄膜后隐开路电压的增加幅度也逐渐减小,而样片烧结后隐开路电压值又出现不同幅度的下降,且隐开路电压值的下降幅度逐渐减小.通过适当的掺杂工艺,可以使得烧结后的隐开路电压均值达到738 mV.     

MoS2/SnS异质结太阳能电池的模拟研究

硫化亚锡(SnS)是一种Ⅳ-Ⅵ族层状化合物半导体材料,其禁带宽度与太阳能电池最佳带隙1.5 eV非常接近,并且在可见光范围内光的吸收系数很大(α>10⁴ cm^-1),因此SnS是一种很有应用前景的材料。本文利用太阳能电池模拟软件wxAMPS模拟了MoS₂/SnS异质结太阳能电池,主要研究SnS吸收层的厚度、掺杂浓度和缺陷态等因素对太阳能电池性能的影响。研究发现:SnS吸收层最佳厚度为2 μm,最佳掺杂浓度为1.0×10¹⁵ cm^-3;同时高斯缺陷态浓度超过1.0×10¹⁵ cm^-3时,电池各项性能参数随着浓度的增加而减小,而带尾缺陷态超过1.0×10¹⁹ cm^-3·eV^-1时,电池性能才开始下降;其中界面缺陷态对太阳能电池影响比较严重,界面缺陷态浓度超过1.0×10¹² cm^-2时,开路电压、短路电流、填充因子和转换效率迅速下降。另外,通过模拟获得的转换效率高达24.87%,开路电压为0.88 V,短路电流为33.4 mA/cm²。由此可知,MoS₂/SnS异质结太阳能电池是一种很有发展潜力的光伏器件结构。     

TOPCon太阳电池发射极Al2O3/SiNx与SiO2/Al2O3/SiNx叠层膜钝化性能的比较

本文对TOPCon电池发射结的叠层钝化膜进行了研究,对比了3种不同叠层钝化膜(SiO₂/SiN_x、Al₂O₃(1.5 nm)/SiN_x、SiO₂/Al₂O₃(1.5 nm)/SiN_x)的钝化性能。结果表明:Al₂O₃(1.5 nm)/SiN_x的钝化性能优于SiO₂/SiN_x,SiO₂/Al₂O₃(1.5 nm)/SiN_x的钝化水平最佳,隐开路电压均值可达到705 mV。基于Al₂O₃/SiN_x叠层膜研究了Al₂O₃厚度(1.5 nm、3 nm和5 nm)对钝化性能和电池转换效率的影响。当Al₂O₃厚度由1.5 nm增加到3 nm时,钝化性能得到明显提升,隐开路电压均值提高了20 mV,达到707 mV,对应电池的光电转换效率升高了0.23个百分点,与SiO₂/Al₂O₃(1.5 nm)/SiN_x叠层膜电池的转换效率持平。然而,当Al₂O₃厚度继续增加至5 nm时,隐开路电压均值保持不变。因此可以使用Al₂O₃(3 nm)/SiN_x叠层膜代替SiO₂/Al₂O₃(1.5 nm)/SiN_x叠层膜,不仅简化了电池的工艺步骤,而且降低了生产成本。     

聚丙烯酸电解质准固态染料敏化TiO2太阳能电池

以聚丙烯酸为电解质取代传统的液体电解液制备了准固态染料敏化TiO2太阳能电池.该电池具有较好的光电转换性能,在60mW/cm2的模拟光照下(AM1.5),短路电流Isc和开路电压Voc分别为91.5μA/cm2和520mV,光电转换效率和填充因子分别为0.06;和0.63.     

N型TOPCon晶硅太阳能电池光注入退火增效的研究

N型隧穿氧化层钝化接触(Tunnel Oxide Passivating Contacts,TOPCon)太阳能电池完成印刷烧结后,再经过光注入,效率有明显提升,主要表现在V_oc(开路电压)及FF(填充因子)的提升。其机理在于通过温度和光照强度调节费米能级变化,控制H总量及价态来提高钝化性能。钝化膜层的质量、硅基体掺杂浓度、光注入退火时的工艺温度等对光注入退火工艺提升效率有很大影响。实验证明转换效率越低的电池片经过光注入后效率提升幅度越大;转换效率越高的电池片缺陷会更小,经过光注入退火工艺后几乎无增益。另外同心圆在经过光注入退火工艺后会明显消除。本文主要研究温度、光强、基体电阻率、正表面金属接触面积大小、poly-Si(多晶硅)厚度对光注入退火工艺增效的影响。     

多孔坩埚温度梯度法生长Ho,Y∶CaF2晶体及其光谱性能

采用自主设计改造的温梯炉,成功生长了不同浓度Ho³⁺、Y³⁺掺杂的CaF₂及Sr_xCa_1-xF₂晶体,晶体尺寸约为ϕ15 mm×55 mm,生长周期约为6 d,能够实现7种不同浓度晶体的同步生长,并选取其中的4%(原子数分数)Ho,4%Y∶CaF₂晶体进行分析,吸收测试表明,该晶体448 nm和643 nm处吸收峰的吸收截面分别是1.13×10^-20 cm²和0.84×10^-20 cm², J-O理论分析得到了晶场强度参数Ω_t(t=2、4、6)、辐射跃迁几率、荧光分支比和辐射寿命。在448 nm氙灯激发下,经计算得到该晶体在546 nm、650 nm 和752 nm处的发射截面分别为10.450×10^-21 cm²、8.737×10^-21 cm²和5.965×10^-21 cm²,测得⁵F₄和⁵F₅能级的寿命分别为33.5 μs和17.7 μs。在640 nm LD泵浦激发下,经计算得到该晶体2 031 nm处发射截面为5.375×10^-21 cm²,2 847 nm处发射截面为10.356×10^-21 cm²,测得⁵I₇和⁵I₆ 能级的寿命分别为4.37 ms 和1.85 ms。以上结果表明,多孔坩埚温梯法能够大大提高激光晶体稀土离子掺杂浓度筛选的效率,加快新型激光晶体材料的研发速度。     

水杨酸的添加对全无机锡铅混合钙钛矿太阳能电池的影响

全无机钙钛矿太阳能电池(PSCs)因其优异的光电转换效率和高的环境稳定性而被广大学者关注,但Pb元素的使用对环境危害较大限制了其进一步应用。尽管科研人员目前在努力寻找一种危害较小的元素替代铅,但无铅钙钛矿仍然比含铅钙钛矿更易分解,性能也更低。本文采用Sn部分取代Pb制备得到全无机锡铅混合钙钛矿薄膜,并通过添加一定量的水杨酸从而抑制Sn²⁺氧化为Sn⁴⁺,达到稳定相态提升电池光电转换效率的目的。结果表明随着水杨酸的添加量由2 mg·mL^-1增加至6 mg·mL^-1,器件的光电转换效率先增大后降低。通过SEM、XRD、XPS等测试结果发现,当添加量为4 mg·mL^-1时,薄膜相稳定性最好,与不添加水杨酸的器件相比,其短路电流密度(J_sc)从14.7 mA·cm^-2显著提高至15.1 mA·cm^-2,光电转换效率由5.8%提高至6.5%。此外,最优器件在空气环境中存放5 d后,初始光电转换效率仍可保持原有效率的50％,进一步表明水杨酸的添加对锡铅混合钙钛矿相稳定性的提升具有一定的促进作用。     

InGaAs---GaAs pseudomorphic heterostructure transistors prepared by MOVPE

In this paper, we will demonstrate two new InGaAs-GaAs pseudomorphic heterostructure transistors prepared by MOVPE technology, i.e. InGaAs-GaAs graded-concentration doping-channel MIS-like field effect transistors (FET) and heterostructure-emitter and heterostructure-base (InGaAs-GaAs) transistors (HEHBT). For the doping-channel MIS-like FET, the graded In_0.15Ga_0.85As doping-channel structure is employed as the active channel. For a 0.8 × 100 μm² gate device, a breakdown voltage of 15 V, a maximum transconductance of 200 mS/mm, and a maximum drain saturation current of 735 mA/mm are obtained. For the HEHBT, the confinement effect for holes is enhanced owing to the presence of GaAs/InGaAs/GaAs quantum wells. Thus, the emitter injection efficiency is increased and a high current gain can be obtained. Also, due to the lower surface recombination velocity of InGaAs base layers, the potential spike of the emitter-base (E-B) junction can be reduced significantly. This can provide a lower collector-emitter offset voltage. For an emitter area of 4.9 × 10⁻⁵ cm², the common emitter current gain of 120 and the collector-emitter offset voltage of 100 mV are obtained.