非晶硅/晶体硅异质结界面钝化机理以及对HIT电池性能影响的研究

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随着光伏器件制造及应用技术的不断发展,对太阳电池的转换效率、生产成本、应用环境等方面提出了更高的要求。带有本征薄层的异质结太阳电池(Hetero-junctionwith Intrinsic Thin-layer,HIT)具有高开压、高转换效率、低工艺温度和低温度系数等优势,成为现阶段太阳电池领域的研究热点。优良的晶体硅(c-Si)表面钝化技术能够有效降低载流子的表面复合损失,因此控制非晶薄膜硅/晶体硅(a-Si∶H/c-Si)界面质量和a-Si∶H体性能成为获得优良异质结性能的前提,进而可以获得具有高开压特征的HIT太阳电池。  首先,本论文系统研究了影响本征a-Si∶H材料结构和钝化性能的若干问题,主要包括氢气调制技术、薄膜内氢含量、a-Si∶H/c-Si界面外延生长以及等离子体状态等关键特性和参数对本征a-Si∶H薄膜钝化c-Si表面的影响。创新性地将等离子体功率(Pf)与薄膜沉积气压(Pg)定义为特征参量Cpp=Pf/Pg,分析了Cpp在a-Si∶H薄膜钝化中所起的决定性作用;并在特定气体流量体系下,根据异质结钝化性能给出了最优Cpp窗口。此外,结合分光椭偏光谱(Spectroscopic Ellipsometry,SE)、傅里叶变换红外光谱、少子寿命以及透射电子显微镜测试等技术,定量确定了本征a-Si∶H薄膜的最优氢含量CH、制备温度Ts范围;确立SE技术作为一种有效的光学表征手段,能够准确、快速地判断a-Si∶H薄膜的微结构特性。  其次,研究了掺杂层工艺对本征a-Si∶H薄膜的“后处理”效应,结果表明掺杂层薄膜的制备成为影响异质结性能的另一关键因素。缓冲层的引入使得薄膜微结构发生演变,因此能够同时兼顾a-Si∶H/c-Si界面和a-Si∶H薄膜的体性能两方面要素。分别研究了本征缓冲层、掺杂缓冲层对异质结以及HIT电池性能的影响。本征缓冲层薄膜能够有效减小薄膜内部Si-O键含量与表面粗糙度,对HIT电池的填充因子具有较大改善作用;相比而言,P型掺杂缓冲层能够同时改善HIT电池的开路电压和填充因子等参数。最终,获得了面积Stotal=41 mm×41 mm、FF=77.5%,Jsc=37.9 mA/cm2,Voc=719 mV,Eff=21.1%的最优HIT电池。
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