非晶硅異質(zhì)結(jié)太陽電池的研制

1、n型晶體硅p型非晶硅異質(zhì)結(jié)太陽電池的研制摘要：研究了不同的硅片表面鈍化方法，分析了硅片表面的少數(shù)載流子壽命以及對晶體硅非晶硅異質(zhì)結(jié)(HIT)太陽電池性能的影響。發(fā)現(xiàn)適當(dāng)?shù)腍F溶液處理、氫等離子體處理和表面覆蓋約3nm的本征非晶硅層能有效提高硅片的少子壽命，從而提高HIT太陽電池的開路電壓。同時發(fā)現(xiàn)，在硅片背面引入重?fù)诫s背場提高了HIT太陽電池的長波段光譜響應(yīng)和開路電壓。對制備工藝綜合優(yōu)化后，得到了光電轉(zhuǎn)換效率為16.75(Voc一0.596V， Jsc=41.605mAcm2， FF=0.676， AMl.5， 25)的HIT太陽電池。關(guān)鍵詞：晶體硅；非晶硅；異質(zhì)結(jié)；太陽電池；表面鈍化1前言采

2、用寬帶隙的非晶硅作為窗口層或發(fā)射極，單晶硅或多晶硅片作襯底，形成了非晶硅晶體硅異質(zhì)結(jié)太陽電池，稱為HIT(heterojunction with intrinsic thin-layer)太陽電池。它可以同時實現(xiàn)pn結(jié)和優(yōu)異的表面鈍化，并且所有工藝可在低溫(1min后，隨著時間的增長少子壽命會有所下降，說明長時間的HF溶液腐蝕可能會破壞硅表面結(jié)構(gòu)。（2）H處理及其鈍化作用圖2所示為硅片少子壽命隨不同H等離子處理時間的變化曲線，可以看出對襯底進行一定時間的H處理(25s)后少子壽命都有提高，其中最佳H處理時間為20s，此時少子壽命值相對于原始裸片增加了1135s，適當(dāng)時間的H處理可鈍化硅片表面的

3、懸掛鍵，同時刻蝕掉了硅表面的氧化層，有效改善界面，然而過長時間的H等離子處理會對硅片表面造成損傷，引起表面缺陷的增加，相應(yīng)的也降低了其少子壽命。（3）本征非晶硅沉積及其鈍化作用圖3為硅片少子壽命隨沉積不同i-a-Si：H厚度的變化曲線，可以看出沒有沉積本征非晶硅層的硅襯底少子壽命最優(yōu)值為1644s，當(dāng)沉積一定厚度的本征非晶硅后，硅片的少子壽命均有提高，說明了非晶硅薄膜作為緩沖層減小了異質(zhì)結(jié)界面態(tài)密度，對硅片表面有很強的鈍化效果。其中隨著厚度的增加，當(dāng)沉積時間為40s，厚度約為3nlTl的本征非晶硅，少子壽命最高達到2461s，并且得到的本征非晶硅薄膜結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，能夠在電池中應(yīng)用。（4）本征非

4、晶硅對HIT太陽電池性能的影響在沉積不同本征非晶硅層厚度的基礎(chǔ)上，制備完整的HIT太陽電池樣品，測試得到電池的開路電壓(U)與沉積i-a-Si：H層厚度的變化曲線如圖4所示。從圖中可以看出，當(dāng)沉積時間為40s，制備得到的HIT太陽電池的K最高，結(jié)合前面關(guān)于本征i層對硅片表面的鈍化作用，此時的少子壽命也是最高的，說明表面鈍化能有效提高電池的開壓。保持HIT太陽電池其他工藝條件不變，僅改變本征非晶硅層的插入，制備一組電池樣品，測試電池的QE響應(yīng)和卜V特性，如圖5所示。從QE曲線中可以看出本征層的插入增加了對短波段光的吸收，使得短波段光譜響應(yīng)相比不加入本征層的減弱了，短路電流密度J。略有降低，但是它

5、通過在界面處降低了異質(zhì)結(jié)的表面復(fù)合速率來提高電池的填充因子FF和開路電壓K，因此異質(zhì)結(jié)界面處插入一定厚度的i-a-Si：H能有效提高HIT太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率。32背電場對HIT太陽電池性能的影響背場是用來提高太陽電池效率的有效手段，背場即在電池的背面接觸區(qū)引入同型重?fù)诫s區(qū)，指的是可對光生少子產(chǎn)生勢壘效果的區(qū)域，從而減少光生少子在背表面的復(fù)合。圖6所示為有、無背場的HIT太陽電池的QE響應(yīng)和卜V特性曲線。從圖中可以看出背場能有效增加電池的長波段響應(yīng)，加入背場的電池在背面有很低復(fù)合速率，將能增強低光子能量處的光譜響應(yīng)，因此短路電流密度將增加。由于短路電流增加，背面接觸的二極管復(fù)合電流減少，從而

6、開路電壓增加，能有效提高電池的轉(zhuǎn)換效率。33優(yōu)化后的HIT太陽電池在上述研究的基礎(chǔ)上，對單面HIT太陽電池各沉積參數(shù)進行優(yōu)化，得到了開壓為596mV、短路電流密度為41605mAcm2、填充因子為0676、效率為1675的HIT電池，其卜V特性曲線如圖7所示，測試在模擬光源AMl5，25下進行。4小結(jié)本文通過研究不同硅表面鈍化方法，分析測試HIT太陽電池制備過程中硅片表面的一些鈍化技術(shù)對少數(shù)載流子壽命以及對電池性能的影響，發(fā)現(xiàn)適當(dāng)?shù)腍F溶液預(yù)處理、20s的襯底H處理和插入約3nm的本征非晶硅層能有效提高硅片的少子壽命，通過飽和硅片表面的懸掛鍵，可以降低少數(shù)載流子在表面的復(fù)合，從而得到較好的表面鈍化效果。研究了在硅