太阳能电池材料电子教案(非晶硅太阳电池的制备)

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非晶微晶硅薄膜太阳能电池的生产流程非晶硅(a-Si)太阳电池是在玻璃(glass)衬底上沉积透明导电膜(TCO)，然后依次用等离子体反应沉积p型、i型、n型三层a-Si，接着再蒸镀金属电极铝(Al).光从玻璃面入射，电池电流从透明导电膜和铝引出，其结构可表示为glass/TCO/pin/Al，还可以用不锈钢片、塑料等作衬底。

硅材料是目前太阳电池的主导材料，在成品太阳电池成本份额中，硅材料占了将近40%，而非晶硅太阳电池的厚度不到1μm，不足晶体硅太阳电池厚度的1/100，这就大大降低了制造成本，又由于非晶硅太阳电池的制造温度很低(～200℃)、易于实现大面积等优点，使其在薄膜太阳电池中占据首要地位，在制造方法方面有电子回旋共振法、光化学气相沉积法、直流辉光放电法、射频辉光放电法、溅谢法和热丝法等。

特别是射频辉光放电法由于其低温过程(～200℃)，易于实现大面积和大批量连续生产，现成为国际公认的成熟技术。

在材料研究方面，先后研究了a-SiC窗口层、梯度界面层、μC-SiC p层等，明显改善了电池的短波光谱响应.这是由于a-Si太阳电池光生载流子的生成主要在i层，入射光到达i层之前部分被p层吸收，对发电是无效的.而a-SiC和μC-SiC材料比p型a-Si具有更宽的光学带隙，因此减少了对光的吸收，使到达i层的光增加；加之梯度界面层的采用，改善了a-SiC/a-Si异质结界面光电子的输运特性.在增加长波响应方面，采用了绒面TCO膜、绒面多层背反射电极(ZnO/Ag/Al)和多带隙叠层结构，即glass/TCO/p1i1n1/p2i2n2/p3i3n3/ZnO/Ag/Al结构.绒面TCO膜和多层背反射电极减少了光的反射和透射损失，并增加了光在i层的传播路程，从而增加了光在i层的吸收.多带隙结构中，i层的带隙宽度从光入射方向开始依次减小，以便分段吸收太阳光，达到拓宽光谱响应、提高转换效率之目的。

在提高叠层电池效率方面还采用了渐变带隙设计、隧道结中的微晶化掺杂层等，以改善载流子收集。

薄膜制备的步骤如下：①由于制备pin型非晶硅薄膜太阳能电池a-Si:H薄膜所用的气体SiH4、PH3和B3H6气体都具有危险性，因此在进行实验之前要先进行气体安全性检查；②将保存在去离子水中的基片取出，用N2气将其吹干，然后将基片放在基片架上并作相应的固定处理；③将装有基片的基片架通过送样室送入反应室，对送样室、反应室以及出样室分别抽真空，并根据预先制定的沉积条件对基片架加热；④为了保证基片温度达到预定的温度，需要保温3~5小时，然后打开控制电调节气体压强、气体流量等参数，开始通入气体；⑤气体供应按照“先通入普氮清洗，后通入氩气清洗，再通入工作气体”的原则进行；⑥通入反应气体时，打开射频电源，并调整射频功率至需要的数值，开始镀膜；⑦沉膜结束后，关闭SiH4、PH3 和B3H6气阀，并通入Ar气和N2气清洗气路，排尽系统中的反应气体，以确保安全；⑧气路清洗完毕以后，将基片架送入出样室，并待其温度降到室温后，去除真空取出室外。

4.4 p、n层材料的制备及工艺选择p、n层的作用:p、n层作为电池内建电场产生的来源，对pin单结太阳能电池的性能有着重要的影响。

理论认为带尾态的复合对pin结构太阳电池的开压起着基本的限制作用，电池的开压有i层的电子和空穴费米能级差来决定。

我们可以通过改变p型层结构和组成来提高电池的开压，并且影响i层光生载流子的收集，从而直接影响电池的填充因子和转换效率。

作为掺杂层，要求p、n层重掺杂与电极形成良好的欧姆接触外，p在pin结构电池中，p是受光面，要求比较严格一些，不仅要有比较高的电导率，还要有高的光透射率，一般膜厚只需要20nm左右，沉积时间一般在几分钟到十几分钟左右。

层材料还要有高的光学带隙，以增大内建电势，减小串联电阻，允许更多的太阳光透过它进入i层有源层，为此，p层选用了p型硼掺杂a-Si:H材料作为电池的窗口层。

43444.4.1 衬底温度对p 型硅薄膜材料带隙影响实验：在PECVD 系统中制备p 型硅薄膜材料和电池。

非晶态硅太阳能电池的制备与性能研究近年来，随着对环保和可再生能源需求的增加，太阳能电池的制备技术不断提高，而基于非晶态硅的太阳能电池也因其优异的性能而受到广泛关注。

本文将重点探讨基于非晶态硅的太阳能电池的制备与性能研究。

一、非晶态硅太阳能电池的概述基于非晶态硅的太阳能电池是当前最流行和成熟的太阳能电池之一。

其基本结构主要由p型非晶硅（p-a-Si:H）和n型非晶硅（n-a-Si:H）构成。

相较于传统的晶体硅太阳能电池，非晶态硅太阳能电池的优点在于其制备成本更低，生产过程更加环保，且对光强反应更快，电池输出较高。

二、制备非晶态硅太阳能电池的方法非晶态硅太阳能电池的制备主要有以下几种方法：1. PECVD技术：PECVD技术利用反应气体的离子在表面选择性生长薄膜，是非晶太阳能电池的主要制备方法之一。

通常，通过反应气体中的硅源和掺杂剂，在电极上形成几百个埋在基底中的非晶硅微晶粒。

2. RF技术：RF技术通过高频电磁场激发等离子体反应生成硅材料。

该技术由于其高温处理的特性，制备出的非晶太阳能电池具有较高的转换效率和较长的寿命。

3. 热激发法：该技术主要利用热源和掺杂源的协同作用、掺杂、氧化等过程，来制备硅材料。

在此过程中，硅材料的结构和电学性质都会发生相应的变化，因此可以调控光电器件的性能指标。

三、非晶态硅太阳能电池的性能研究1. 光电传输过程研究制备出的非晶态硅太阳能电池的性能直接受光电传输过程的影响。

研究表明，在非晶态硅太阳能电池中，电子传输速率常常受到晶格先验失配和微结构的影响。

同时，在非晶硅太阳能电池中，氢原子存在于非晶硅网络中，常常会导致氢中的缺陷，从而降低电子传输速率。

2. 寿命研究非晶态硅太阳能电池的寿命由于其阻隔层的稳定性而受到影响。

阻隔层中的缺陷会带来界面漏电和缺陷复杂的非晶状态，这些因素都会影响阻隔层的耐久性和寿命。

3. 异质结研究非晶态硅太阳能电池的异质结是影响其性能的重要因素之一。