納米硅薄膜太陽能電池的制備和性能研究

【摘要】：目前人類面臨的環(huán)境污染和能源危機越來越嚴峻，開發(fā)可再生的清潔能源迫在眉睫。太陽能作為綠色能源，取之不盡，又無污染，是人類實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。到2010年，全球的太陽能電池發(fā)電總量已達到4GW，每年的增幅更是達到了30%。目前較為普及的晶體硅太陽能電池存在成本較高，原材料消耗較大的問題，而非晶硅又存在光致衰減，其他化合物太陽能電池對環(huán)境有污染。氫化納米硅薄膜太陽能電池由于避免了前者的缺點，越來越被人們所重視。 氫化納米硅(nc-Si:H)是一種硅納米晶粒鑲嵌在(a-Si:H)網絡里的硅納米材料。納米尺寸效應使其擁有優(yōu)異的光敏性、光電特性、高電導率、高光吸收系數(shù)和高光學帶隙，其光電導在光照條件下衰減較小。量子尺寸效應使納米硅薄膜的光學帶隙與薄膜的晶態(tài)比和晶粒大小具有一定的變化規(guī)律。其優(yōu)異的特性可用于制備氫化納米硅(nc-Si:H)薄膜太陽能電池。 氫化納米硅(nc-Si:H)/單晶硅(c-Si)異質結太陽能電池既發(fā)揮了晶體硅高遷移率的優(yōu)勢，又利用了低溫的薄膜沉積工藝，同時，電池的制備工藝簡單，擁有實現(xiàn)制備低成本、高效率太陽能電池的發(fā)展前景。 本論文主要研究內容如下： 1、利用等離子增強化學氣相沉積(PECVD)制備摻磷(nc-Si:H)薄膜，分析射頻功率、硅烷濃度、襯底溫度以及摻雜濃度對(nc-Si:H)薄膜的晶態(tài)比、晶粒大小、電導率和光學帶隙的影響。通過調整工藝，優(yōu)化了摻磷(nc-Si:H)薄膜的微結構和性能，為制備HIT異質結太陽能電池和p-i-n太陽能電池做好了鋪墊。 2、介紹了nc-Si:H(N)/a-Si:H(I)/c-Si(P)異質結薄膜(HIT)太陽能電池的原理，制備過程；研究了N層摻雜濃度、厚度對HIT太陽能電池性能的影響；研究了有無本征層以及本征層的厚度對電池的影響；研究了Al_2O_3鈍化層對電池性能的影響。 【關鍵詞】：氫化納米硅薄膜 異質結太陽能電池 等離子增強沉積
【學位授予單位】：常州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2011
【分類號】：TM914.42
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 1. 緒論8-13
• 1.1 全球能源形勢8-9
• 1.2 太陽能電池的特點和類型9
• 1.3 晶體硅太陽能電池的研究進展9-10
• 1.3.1 單晶硅太陽能電池9
• 1.3.2 多晶硅太陽能電池9-10
• 1.4 薄膜太陽能電池的研究進展10-12
• 1.4.1 硅基薄膜太陽能電池10-11
• 1.4.2 化合物半導體薄膜太陽能電池11
• 1.4.3 染料敏化太陽能電池11-12
• 1.5 本論文的目的和研究內容12
• 1.6 本論文的安排12-13
• 2. 氫化納米硅薄膜的特性、制備方法以及表征測試13-21
• 2.1 氫化納米硅薄膜的特性13
• 2.2 氫化納米硅薄膜的制備方法13-14
• 2.3 PECVD 及其沉積原理14-15
• 2.3.1 等離子體化學氣相沉積(PECVD)14-15
• 2.3.2 氫化納米硅薄膜 PECVD 沉積機制15
• 2.4 氫化納米硅薄膜的微結構，光電學特性的表征方法15-21
• 2.4.1 X 射線衍射（XRD）15-16
• 2.4.2 拉曼光譜（Raman）16-18
• 2.4.3 原子力顯微鏡（AFM）18
• 2.4.4 紫外透射光譜（UV）18
• 2.4.5 紅外光譜（IR）18-19
• 2.4.6 場發(fā)射掃描電鏡（FESEM）19
• 2.4.7 Keithely 2400 Series SourceMeter 電流源／電壓源表19-20
• 2.4.8 光暗電導率測試（High Resistance Meter）20-21
• 3. PECVD 法制備摻磷納米硅薄膜21-41
• 3.1 樣品的制備21-26
• 3.1.1 實驗設備22-24
• 3.1.2 反應氣體與襯底24
• 3.1.3 樣品的制備24-26
• 3.2 結果與分析26-40
• 3.2.1 摻雜濃度的影響27-33
• 3.2.1.1 摻雜對薄膜微結構的影響28-30
• 3.2.1.2 摻雜對薄膜電學性能的影響30-31
• 3.2.1.3 摻雜對薄膜光學性能的影響31-33
• 3.2.2 射頻功率的影響33-35
• 3.2.2.1 功率對薄膜微結構的影響33-34
• 3.2.2.2 功率對薄膜電學性能的影響34
• 3.2.2.3 功率對薄膜光學性能的影響34-35
• 3.2.3 硅烷濃度的影響35-37
• 3.2.3.1 硅烷濃度對薄膜微結構的影響35-36
• 3.2.3.2 硅烷濃度對薄膜電學特性的影響36-37
• 3.2.3.3 硅烷濃度對薄膜光學特性的影響37
• 3.2.4 襯底溫度的影響37-40
• 3.2.4.1 溫度對薄膜微結構的影響38-39
• 3.2.4.2 溫度對薄膜電學特性的影響39
• 3.2.4.3 溫度對薄膜光學特性的影響39-40
• 3.3 本章小結40-41
• 4. HIT 異質結太陽能電池制備和性能研究41-54
• 4.1 HIT 異質結太陽能電池的制備和測試41-47
• 4.1.1 電池的結構和原理41-44
• 4.1.2 電池的基本參數(shù)44-45
• 4.1.3 電池的制備過程45-46
• 4.1.4 電池的測試46-47
• 4.2 N 層工藝對電池性能的影響47-49
• 4.2.1 摻雜對電池性能的影響48
• 4.2.2 N 層厚度對電池性能的影響48-49
• 4.3 I 層影響49-50
• 4.4 Al_2O_3鈍化層對電池性能的影響50-53
• 4.4.1 ALD 制備 Al_2O_3薄膜50-51
• 4.4.2 Al_2O_3的特性51
• 4.4.3 Al_2O_3的工藝51-52
• 4.4.4 結果和分析52-53
• 4.5 本章小結53-54
• 5. 總結與展望54-55
• 參考文獻55-61
• 攻讀學位期間的研究成果61-62
• 致謝62

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