非晶硅太阳电池宽光谱陷光结构的优化设计

陷光是改善薄膜太阳电池光吸收进而提高其效率的关键技术之一. 以非晶硅（α-Si）薄膜太阳电池为例,设计了一种新的复合陷光结构：在Ag背电极与硅薄膜之间制备一维Ag纳米光栅,并通过保形生长在电池前表面沉积织构的减反膜. 采用有限元数值模拟方法,研究了该复合陷光结构对电池光吸收的影响,并对Ag纳米光栅的结构参数进行了优化. 模拟结果表明：该复合陷光结构可在宽光谱范围内较大地提高太阳电池的光吸收;当Ag纳米光栅的周期P为600 nm,高度H为90 nm,宽度W为180 nm时,在AM1.5光谱垂直入射条件下α-Si薄膜电池在300–800 nm波长范围内总的光吸收较无陷光结构的参考电池提高达103%,其中在650–750 nm长波范围内的光子吸收率提高达300%以上. 结合电场强度分布,对电池在各个波段光吸收提高的物理机制进行了分析. 另外,该复合陷光结构的引入,还较大地改善了非晶硅电池对太阳光入射角度的敏感性. 关键词： 非晶硅太阳电池 陷光 银纳米光栅 数值模拟     

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.     

大面积多晶硅绒面的制备

采用酸腐蚀法,在小面积(2cm×2cm)多晶硅绒面制作的基础上,成功地在大面积(10cm×10cm)多晶硅片表面上制作了绒面.利用扫描电子显微镜(SEM)观察其表面形貌并进行反射谱测试,结果表明腐蚀比较均匀,表面减反射效果较好,加权反射率可以达到5.26%,其减反射效果对入射光波长选择性不明显,远好于工业生产用的SiN减反膜.     

快速光热退火制备多晶硅薄膜

用等离子体增强型化学气相沉积先得到非晶硅薄膜,再用卤钨灯照射的方法对其进行快速光热退火,得到了多晶硅薄膜,它与传统退火相比,退火时间大大缩短.用XRD衍射谱、暗电导率和拉曼光谱等手段对其进行了测量.对部分样品的照射光做了滤波,滤掉了波长600 nm以下的光,发现这对晶化及晶粒尺寸都有一定的影响.     

微晶硅薄膜高速沉积及电学性质的研究

采用甚高频等离子体增强化学气相沉积（VHF-PECVD）技术在高功率密度和高压强条件下,通过改变硅烷浓度和气体总流量对薄膜沉积参数进行了两因素优化,最终在硅烷浓度为45%,气体总流量为100 sccm条件下,获得沉积速率142 nm/s,电导激活能047 eV的优质硅薄膜;同时,通过单因素优化制备出沉积速率为21 nm/s的微晶硅薄膜.利用晶粒间界势垒模型和费米能级统计偏移模型对薄膜的电学特性和传导行为分别进行了研究分析,同时初步分析了“后氧化”对薄膜电学性能的影响. 关键词： μc-Si:H 甚高频等离子体增强化学气相沉积 高速沉积 电学特性     

用改进的RTP低温制备柱状硅薄膜

用射频等离子体增强化学气相沉积(RF-PECVD)系统在普通玻璃衬底上制备了氢化非晶硅薄膜(a-Si:H),用改进的快速光热退火炉(RTP)对薄膜进行了低温下的退火处理.借助于扫描电子显微镜(SEM)对薄膜表面形貌的分析得知:本实验在600℃下成功制备了柱状结构多晶硅薄膜;相对来说,550℃退火60 s的柱晶效果最好;最大柱晶宽度达到了240 nm;结晶次序为从表面到内部.对实验结果进行了解释.     

硅薄膜晶化机制的光学分析

采用拉曼光谱和分光光度计等测试手段,对快速光热过程(RTP)和常规炉过程(CFP)退火后的硅薄膜结构性能和光学性能进行了研究。用Avrami-Mehl-Johnson和Monte Carlo晶体生长模型和黑体辐射理论分析得出,RTP法退火温度低、速度快的原因,是RTP中不仅存在“光量子效应”,而且还存在“光热相长效应”。由光学带隙的计算得知,RTP退火法可使带隙约为1.7eV的非晶硅薄膜变为带隙约为1.28eV的微晶硅薄膜,说明RTP退火达到了较好的结晶效果。     

等离子体增强CVD法沉积的微晶硅薄膜的微结构研究

本文系统研究了PECVD法沉积μc-Si薄膜中衬低温度、氢气稀释率和射频功率等参数对μc-Si薄膜结构特性的影响.表明:随着衬低温度的增加、氢气稀释率的增大、射频功率的提高,薄膜的晶化率增大.沉积薄膜的晶化率最大可达80;,表面粗糙度大约为30nm.通过对反应过程中的能量变化进行了分析,得到反应为放热反应,且非晶结构对沉积参数比较敏感.     

一步溶液法制备有机-无机杂化钙钛矿薄膜

有机-无机杂化钙钛矿薄膜作为太阳电池的光吸收层,其薄膜的形貌、结构以及结晶程度等因素对电池的光电转换效率起到了决定性的作用,而薄膜的质量主要取决于制备工艺.采用一步溶液法制备了有机-无机杂化钙钛矿(CH3NH3PbI3)薄膜,主要分析了在氟掺杂氧化锡(FTO)导电玻璃、玻璃和多晶硅3种不同衬底上生长CH3NH3PbI3薄膜的形貌和结构的差异.结果表明,在FTO导电玻璃和玻璃衬底上生长的薄膜的晶粒尺寸和晶粒分布均匀,而在硅衬底上生长的薄膜的边缘晶粒尺寸大于中心处的晶粒,并详细分析了造成这种现象的原因.此外,在50℃的低温下对在FTO导电玻璃衬底生长的CH3NH3PbI3薄膜进行了不同时间的退火处理.实验结果表明,随着热处理时间的增加,晶粒尺寸也增加,但是合成的CH3NH3PbI3薄膜部分发生了分解.     

椭圆偏振光谱表征单晶硅衬底上生长的非晶硅和外延硅薄膜

本文采用射频等离子体增强化学气相沉积(rf-PECVD)技术在单晶硅衬底上沉积了两个系列的硅薄膜. 通过对样品进行固定角度椭圆偏振测试, 结果表明第一个系列硅薄膜为非晶硅, 形成了突变的a-Si:H/c-Si异质结构, 此结构在HIT电池中有利于形成好的界面特性, 对于非晶硅薄膜采用通常的Tauc-Lorentz摇摆模型(Genosc)拟合结果很好; 第二个系列硅薄膜为外延硅, 对于外延硅薄膜, 随着膜厚增加晶化率降低, 当外延硅薄膜厚度为46 nm时开始非晶硅生长. 对于外延硅通常采用EMA模型(即将硅薄膜体层看成由非晶硅和c-Si构成的混合层)拟合结果较好, 当硅薄膜中出现非晶硅生长时, 将体层分成混合层和非晶硅两层, 采用三层模型拟合结果很好. 本文证实了椭偏光谱分析采用不同的模型可对单晶硅衬底上不同结构的硅薄膜进行有效表征.