PECVD法制備多晶硅薄膜太陽能電池研究

【摘要】：太陽能電池是解決未來能源危機的重要解決辦法,目前有單晶硅、多晶硅太陽能電池,其中單晶硅太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)達到24%,多晶硅電池的效率也達到了10%。這兩種太陽能電池占據(jù)了絕大多數(shù)的市場份額。但是,由于占太陽能電池主要成本的單晶硅、多晶硅的價格居高不下,導致太陽能電池生產(chǎn)成本較高。所以,人們找到了薄膜太陽能電池的發(fā)展方向。其中比較成熟的有非晶硅薄膜太陽能電池、銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽能電池、染料敏化太陽能電池等等。對于硅基薄膜太陽能電池,可分為非晶硅和多晶硅薄膜電池。非晶硅薄膜主要是利用等離子體化學氣相沉積(PECVD)的方法制備。以硅烷(SH4)、氫氣(H2)為主要反應(yīng)氣體,制備出氫化非晶硅(a-Si:H)薄膜。又利用乙硼烷(B2H6)、磷烷(PH3)對非晶硅進行摻雜,得到P型和N型的半導體材料。非晶硅薄膜太陽能電池多長波段的太陽光有較好的吸收系數(shù),但是薄膜太陽能電池厚度一般只有幾百納米,所以單純PN結(jié)的非晶硅薄膜電池對光的吸收率并不高,為了解決這個問題,通常采用P-I-N(P型-本征型-N型)的結(jié)構(gòu)設(shè)計,這樣可以適當增加本征層(Ⅰ層)薄膜的厚度,來提高電池對光的吸收。但是由于非晶硅材料的無序性,載流子的遷移率、壽命和擴散長度都比單晶硅中要低很多,所以使非晶硅薄膜多晶化,能夠大大降低載流子在晶界的復合,有效增加載流子的壽命,從而提高電池的轉(zhuǎn)換效率。一般使用PECVD直接沉積多晶硅薄膜有很大困難,所以通常用金屬誘導非晶硅晶化、固相晶化和激光晶化等。 在本論文中,基于金屬誘導非晶硅晶化,然后利用晶化的多晶硅薄膜作為種晶層,用PECVD沉積硅薄膜,可直接得到多晶硅薄膜。主要工作分為兩部分： (1)利用金屬誘導使非晶硅薄膜晶化的方法,重點探索了金屬鋁(Al)和錫(Sn)對非晶硅晶化的影響。實現(xiàn)了在玻璃襯底上非晶硅的晶化。利用鋁誘導,退火處理2小時,在500℃實現(xiàn)了厚度約200nm的非晶硅薄膜晶化；利用金屬錫,非晶硅在400℃時開始晶化,到450℃溫度時已經(jīng)得到晶化率較高的多晶硅薄膜。得到較實用的制備種晶層的工藝參數(shù)。 (2)安裝調(diào)試實驗室第一臺等離子體化學氣相沉積設(shè)備(PECVD),摸索出了本臺設(shè)備的使用特點,初步制備了氫化非晶硅薄膜(a-Si:H),對薄膜的結(jié)構(gòu)和光敏性進行了測試分析,掌握了基本的工藝。初步制備PIN結(jié)構(gòu)的非晶硅薄膜電池,為制備非晶硅和多晶硅薄膜太陽能電池積累了一定方法。 【關(guān)鍵詞】：薄膜太陽能電池 非晶硅 金屬誘導多晶硅 等離子體化學氣相沉積
【學位授予單位】：浙江師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-7
• 目錄7-9
• 第一章 緒論9-16
• 1.1 太陽能電池的發(fā)展和現(xiàn)狀9-15
• 1.1.1 太陽能電池的研究背景9-10
• 1.1.2 太陽能電池原理簡介10-11
• 1.1.3 太陽能電池的發(fā)展11-13
• 1.1.4 太陽能電池的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢13-15
• 1.2 本論文的主要研究內(nèi)容15-16
• 第二章 金屬誘導非晶硅晶化研究16-34
• 2.1 金屬誘導非晶硅薄膜晶化概述16-18
• 2.2 實驗方法和儀器簡介18-20
• 2.2.1 樣品制備儀器18
• 2.2.2 分析測試儀器18-20
• 2.3 金屬鋁誘導非晶硅薄膜晶化20-25
• 2.3.1 實驗方法21-23
• 2.3.2 退火溫度對晶化的影響23-25
• 2.4 錫誘導非晶硅晶化25-31
• 2.4.1 實驗方法26-27
• 2.4.2 退火溫度對晶化的影響27-31
• 2.5 基于AIC制備多晶硅薄膜的初步研究31-33
• 小結(jié)33-34
• 第三章 浙江師范大學PECVD儀器設(shè)計和調(diào)試34-49
• 3.1 等離子體化學相沉積系統(tǒng)簡介34-37
• 3.1.1 PECVD原理簡介34-36
• 3.1.2 PECVD沉積氫化非晶硅原理簡介36-37
• 3.2 浙江師范大學PECVD設(shè)計方案37-38
• 3.3 PECVD4000型薄膜沉積系統(tǒng)介紹38-48
• 3.3.1 非晶硅薄膜的主要制備工藝43-44
• 3.3.2 非晶硅薄膜材料的結(jié)構(gòu)44-45
• 3.3.3 非晶硅薄膜材料的電學特性45-48
• 小結(jié)48-49
• 第四章 硅基薄膜太陽能電池的初步研究49-52
• 4.1. PIN結(jié)構(gòu)非晶硅薄膜太陽能電池原理簡介49-50
• 4.2 初步制備PIN結(jié)構(gòu)非晶硅薄膜太陽能電池50-51
• 小結(jié)51-52
• 第五章 工作總結(jié)及展望52-53
• 參考文獻53-58
• 研究生期間的主要工作58-59
• 致謝59-61

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