光伏器件中表面及界面特性的研究

【摘要】：半導(dǎo)體器件的性能除了與構(gòu)成器件的材料有關(guān)外,還主要受到器件表面和界面性質(zhì)的影響。而光伏器件作為典型的半導(dǎo)體器件,其性能不僅與表面及界面處的載流子運(yùn)動(dòng)有關(guān),而且與表面及界面處的光學(xué)特性也有較大關(guān)系。光伏器件表面及界面的研究對(duì)優(yōu)化器件結(jié)構(gòu)、提高器件效率具有重要意義。因此我們做了如下工作： 針對(duì)于表面,本文采用高壓氧化技術(shù)在納米硅太陽能電池表面制備出了一層致密的鈍化膜。高壓氧化技術(shù)通過高壓來補(bǔ)償溫度,在450℃且不破壞器件原型結(jié)構(gòu)的情況下制備出一層質(zhì)量較好的鈍化層。在與未經(jīng)過表面鈍化處理及普通高溫氧化鈍化處理的樣品進(jìn)行了對(duì)比時(shí),我們通過電流-電壓(I-V)和量子效率等測(cè)試手段發(fā)現(xiàn)高壓氧化表面處理技術(shù)可以有效的降低復(fù)合效應(yīng),使器件的外量子效率在波長350-700nm范圍內(nèi)明顯提高,并把納米硅太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率提高到12.22%。另外,我們還把高壓技術(shù)應(yīng)用到退火過程中。本文以InN薄膜為樣品,在不同條件下對(duì)樣品進(jìn)行表面退火處理,并運(yùn)用Kelvin探針對(duì)其表面功函數(shù)進(jìn)行表征。發(fā)現(xiàn)不同的退火條件可以使InN薄膜表面功函數(shù)從4.8eV提高到5.2eV。 針對(duì)于界面,本文分別在納米硅襯底和平面硅襯底上制備了異質(zhì)結(jié)器件,并通過對(duì)比它們之間電學(xué)性能的差異,探索了界面對(duì)器件性能的影響。在電流-電壓(I-V)測(cè)試過程中我們發(fā)現(xiàn)具有不同界面形貌的異質(zhì)結(jié)器件開路電壓相差較大。為了進(jìn)一步探究其原因,我們引入阻抗譜(IS)測(cè)試,并通過建立等效電路對(duì)器件進(jìn)行擬合。擬合過程中我們發(fā)現(xiàn)不同器件參數(shù)間有著較大的不同,這一差異是由界面處的缺陷態(tài)和寄生效應(yīng)引起的。為了進(jìn)一步探索界面信息,我們還做了瞬態(tài)光伏譜(TPV)測(cè)試,并由此得到了不同器件的有效壽命,進(jìn)一步證明了缺陷態(tài)和寄生效應(yīng)對(duì)器件性能的影響。 【關(guān)鍵詞】：復(fù)合效應(yīng) 表面鈍化 表面熱退火 納米界面 缺陷態(tài)
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 引言9-12
• 1 光伏器件的表面及界面12-19
• 1.1 光伏電池的工作原理12-13
• 1.2 光伏器件中的表面及界面復(fù)合過程13-16
• 1.3 復(fù)合對(duì)光伏器件性能的影響16
• 1.4 表面及界面處理對(duì)光伏器件性能的優(yōu)化16-19
• 2 光伏器件表面及界面表征方法介紹19-24
• 2.1 掃描電子顯微鏡(SEM)19
• 2.2 反射譜測(cè)試19-20
• 2.3 量子效率測(cè)試20
• 2.4 Kelvin探針技術(shù)20-21
• 2.5 阻抗譜測(cè)試21-23
• 2.6 瞬態(tài)光伏譜測(cè)試23-24
• 3 光伏器件表面鈍化及退火處理24-36
• 3.1 高壓熱氧化法SiO_2鈍化層的生長機(jī)理24-25
• 3.2 帶有SiO_2鈍化層的納米硅電池制備25-26
• 3.3 表面鈍化處理后的光電性能表征26-31
• 3.3.1 表面形貌(SEM)測(cè)試26-28
• 3.3.2 反射率測(cè)試28
• 3.3.3 電流-電壓(Ⅰ-Ⅴ)測(cè)試28-30
• 3.3.4 量子效率測(cè)試30-31
• 3.4 高壓退火技術(shù)的應(yīng)用31-35
• 3.4.1 Kelvin探針表征表面功函數(shù)變化32-33
• 3.4.2 能帶圖分析33-35
• 3.5 本章小結(jié)35-36
• 4 光伏異質(zhì)結(jié)器件界面的研究36-49
• 4.1 光伏異質(zhì)結(jié)的制備36-37
• 4.2 電流-電壓(Ⅰ-Ⅴ)測(cè)試37-38
• 4.3 阻抗譜測(cè)試38-46
• 4.3.1 幾種常見的阻抗等效電路38-40
• 4.3.2 阻抗譜測(cè)試結(jié)果40-44
• 4.3.3 等效電路擬合分析44-46
• 4.4 瞬態(tài)光伏譜測(cè)試46-48
• 4.5 本章小結(jié)48-49
• 結(jié)論49-50
• 參考文獻(xiàn)50-54
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況54-55
• 致謝55-56

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