新型高電導(dǎo)寬帶隙太陽能電池宣窗口材料的研究

【摘要】： P型窗口層是影響非晶硅(a-Si)和微晶硅(μc-Si)薄膜太陽電池整體性能的重要因素之一。本論文采用七室連續(xù)RF—PECVD系統(tǒng)，用常規(guī)摻雜劑乙硼烷制備了非晶和微晶兩種窗口材料，以新型摻雜劑三甲基硼制備了非晶硅窗口材料。實驗研究了工藝參數(shù)對材料性能的影響，并且考察了這幾種窗口材料在硅薄膜太陽電池上的適用性。 以B_2H_6為摻雜劑制備a-SiC：H窗口材料的暗電導(dǎo)達到了10~(-7)s／cm的數(shù)量級，光學帶隙達到1.80～1.95ev。用這種窗口材料制備的單結(jié)非晶硅太陽電池最好性能為：開路電壓V_(oc)為0.835V，短路電流J_(sc)為13.03mA／cm~2，填充因子FF達0.725，初始效率為7.89％。 μc-SiC：H窗口材料的制備仍以B_2H_6為摻雜劑，暗電導(dǎo)最高達到了2.24s／cm。采用μc-SiC：H窗口材料的單節(jié)μc-Si：H電池初始效率達到4.80％，自然衰退率都小于15％。 用新型摻雜劑三甲基硼制備的a-SiC：H窗口材料的暗電導(dǎo)達到10~(-7)～10~(-6)S／cm的數(shù)量級，帶隙達到1.94～2.05ev。采用這種新型窗口材料的非晶硅單結(jié)電池的開路電壓達到0.886v，短路電流達到14.486mA／cm~2，填充因子為0.677，初始效率為8.67％。 此外，本文使用PR—650光譜光度計，對P室的等離子體輝光光譜(OES)進行了在線監(jiān)測。分析(OES)顯示兩種摻雜劑對材料的形成和性能影響不同，并得出了一些有指導(dǎo)意義的結(jié)論。 【關(guān)鍵詞】：窗口材料 太陽電池 硅薄膜 摻雜
【學位授予單位】：河北工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2004
【分類號】：TM914
【目錄】：

• 第一章 緒論9-20
• 1-1 太陽能電池及其產(chǎn)業(yè)發(fā)展概述9-17
• 1-1-1 太陽能電池工作原理簡介9
• 1-1-2 太陽能電池的分類及發(fā)展概況9-14
• 1-1-3 國際太陽能電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢14-16
• 1-1-4 國內(nèi)太陽能電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢16-17
• 1-2 太陽能電池窗口材料研究發(fā)展概述17-19
• 1-2-1 窗口材料及其研究意義17-18
• 1-2-2 窗口材料的研究發(fā)展概述18-19
• 1-3 本學位論文的主要研究內(nèi)容19-20
• 第二章 實驗原材料、設(shè)備及方法20-25
• 2-1 實驗材料20
• 2-1-1 原料氣體20
• 2-1-2 襯底材料20
• 2-2 薄膜沉積設(shè)備及沉積工藝20-22
• 2-2-1 PECVD薄膜沉積設(shè)備簡介20-21
• 2-2-2 窗口材料制備過程21-22
• 2-2-3 太陽能電池制備工藝22
• 2-3 測試儀器和計算方法22-25
• 2-3-1 薄膜厚度及晶化率的測量22-23
• 2-3-2 性能測量23
• 2-3-3 等離子體光譜的測量23-25
• 第三章 P型非晶硅窗口材料的研究25-30
• 3-1 工藝參數(shù)對非晶硅薄膜生長速率和性能的影響25-27
• 3-1-1 襯底溫度對材料生長速率和暗電導(dǎo)的影響25
• 3-1-2 輝光功率對材料生長速率和暗電導(dǎo)的影響25-26
• 3-1-3 摻B和摻C對材料生長和電導(dǎo)率的影響26
• 3-1-4 薄膜生長速率隨沉積時間的變化關(guān)系26-27
• 3-2 非晶硅窗口材料在電池上的應(yīng)用27-28
• 3-3 與p層相關(guān)的影響電池效率的其它因素28-29
• 3-3-1 P和TCO界面對電池效率的影響28
• 3-3-2 P-I界面對電池效率的影響28-29
• 3-4 小結(jié)29-30
• 第四章 微晶硅窗口材料的研究30-48
• 4-1 本征微晶硅材料的制備30-32
• 4-2 P型微晶硅材料的制備32-37
• 4-2-1 P型微晶硅窗口材料的制備32-35
• 4-2-2 P型μc-SiC:H窗口材料的制備35-37
• 4-3 影響P型微晶硅材料性能的因素37-46
• 4-3-1 摻硼對μc-SiC:H窗口材料生長和暗電導(dǎo)的影響37-40
• 4-3-2 甲烷摻雜對μc-Si C:H窗口材料生長和暗電導(dǎo)的影響40-41
• 4-3-3 襯底溫度對μc-SiC:H窗口材料生長和暗電導(dǎo)的影響41-42
• 4-3-4 壓力對μc-SiC:H窗口材料生長速率和暗電導(dǎo)的影響42-43
• 4-3-5 輝光功率對μc-SiC:H窗口材料生長速率和暗電導(dǎo)的影響43-44
• 4-3-6 P型微晶硅材料的光學透過率44-46
• 4-4 微晶硅窗口材料在微晶硅電池上的應(yīng)用46-47
• 4-4-1 μc-SiC:H窗口材料在單節(jié)μc-Si:H電池上的應(yīng)用46
• 4-4-2 采用μc-SiC:H窗口材料的單節(jié)μc-Si:H電池的量子效率46-47
• 4-4-3 采用μc-SiC:H窗口材料的單節(jié)μc-Si:H電池的穩(wěn)定性47
• 4-5 小結(jié)47-48
• 第五章 B(CH_3)_3為摻雜劑的寬帶隙高電導(dǎo)窗口材料的研究48-57
• 5-1 三甲基硼摻雜劑及其輝光光譜特征48-50
• 5-1-1 三甲基硼與乙硼烷的區(qū)別48
• 5-1-2 三甲基硼與乙硼烷摻雜時的輝光光譜特征48-50
• 5-2 三甲基硼為摻雜劑制備P型非晶硅窗口材料50-53
• 5-2-1 摻三甲基硼對a-SiC:H P材料生長速率和暗電導(dǎo)的影響50-51
• 5-2-2 摻碳對a-SiC:H P材料生長速率和暗電導(dǎo)的影響51
• 5-2-3 襯底溫度對a-SiC:H P材料生長速率和暗電導(dǎo)的影響51-53
• 5-3 三甲基硼摻雜窗口材料在非晶硅太陽電池上的應(yīng)用53-56
• 5-3-1 三甲基硼摻雜窗口材料的非晶硅電池的制備與性能53-54
• 5-3-2 B(CH_3)_3摻雜a-SiC:H窗口材料制各的非晶硅電池工藝優(yōu)化54-56
• 5-3-3 三甲基硼為摻雜劑制備的非晶硅電池的量子效率56
• 5-4 小結(jié)56-57
• 第六章 窗口材料沉積過程中的OES譜研究57-67
• 6-1 非晶硅窗口材料沉積時的OES譜57-61
• 6-1-1 本征a-Si:H材料制備時的OES譜57-58
• 6-1-2 P型a-SiC:H窗口材料制備時的OES譜58-59
• 6-1-3 本征和P型兩種非晶硅材料制備中的OES譜的比較59-61
• 6-2 微晶硅窗口材料沉積時的OES譜61-65
• 6-2-1 本征μc-Si:H材料制備時的OES61-62
• 6-2-2 P型μc-Si:H窗口材料制備時的OES62-63
• 6-2-3 P型μc-SiC:H窗口材料沉積時的OES63-64
• 6-2-4 三種微晶硅窗口材料沉積時的OES比較64-65
• 6-3 B_2H_6對生長速率和晶化率的影響分析65-66
• 6-4 小結(jié)66-67
• 第七章 結(jié)論67-68
• 參考文獻68-71
• 附錄A 晶化率的計算過程71-72
• 附錄B 量子效率的計算72-75
• 致謝75-76
• 攻讀學位期間所取發(fā)表論文76

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