高鍺含量微晶硅鍺材料及其在太陽電池中的應用.pdf

1、硅基薄膜太陽電池因其成本低廉、易于大面積生產等優(yōu)點，日漸受到人們的廣泛關注并且發(fā)展迅速。采用多結疊層電池結構，是提高電池效率和穩(wěn)定性的重要手段。由于微晶硅鍺薄膜（μc-Si1-xGex:H）具有窄帶隙、高吸收系數(shù)等優(yōu)點，成為疊層電池中底電池的理想選擇。然而，隨著μc-Si1-xGex:H中Ge含量的增加，薄膜中的缺陷態(tài)密度增加、電學性能下降，應用于電池中時，由于較差的載流子傳輸特性，無法體現(xiàn)出窄帶隙μc-Si1-xGex:H薄膜在提高電

2、池長波響應的優(yōu)勢。于是，制備高質量的高Ge含量的μc-Si1-xGex:H以及更窄帶隙的薄膜材料勢在必行。本論文采用RF-PECVD技術，對高Ge含量的μc-Si1-xGex:H的制備工藝進行了系統(tǒng)研究，并使太陽電池的長波響應得到增強和拓展。另一方面，初步制備并優(yōu)化了具有更窄帶隙的微晶鍺（μc-Ge:H）材料。本論文的主要研究內容與成果如下：
　　第一，研究了不同制備參數(shù)（輝光功率，沉積氣壓）對高 Ge含量的μc-Si1-xGex

3、:H薄膜材料性能的影響，系統(tǒng)分析了沉積參數(shù)對其生長速率、Ge摻入、晶化率以及光電性能的影響。在特定的Ge含量下，可以通過工藝參數(shù)的調控，實現(xiàn)μc-Si1-xGex:H材料的晶化率的增加，進而提高長波吸收系數(shù)。通過調整沉積氣壓以及電極間距改變離子轟擊能量，提出在高離子轟擊條件下可抑制薄膜中Ge的優(yōu)先摻入，使得此條件下生長的薄膜晶粒分布均勻。于是，在高離子轟擊條件下制備了Ge含量x=0.77的μc-Si1-xGex:H薄膜，在保證較高晶化率

4、的前提下使其光敏性達到34，并將其應用于 p-i-n型太陽電池，在吸收層厚度僅為300nm的條件下，獲得的短路電流密度（Jsc）達到24.87mA/cm2，同時長波響應可以拓展至1300nm。
　　第二，為獲得超窄帶隙的薄膜，進一步提高電池的長波響應，初步研究了制備具有高晶化率的μc-Ge:H薄膜的方法。通過改變沉積參數(shù)、氫處理以及超高氫稀釋等方法對μc-Ge:H薄膜進行結構優(yōu)化，總結了不同制備方法對μc-Ge:H孵化層的影響。最