Cu_2ZnSnS_4薄膜太阳能电池材料的研究现状

的最 大 问题是 全 世 界铟 资源 有 限 ，能 否
满足该 太阳 电池 的大规模生产的要求仍
然 有疑 问 ， 同时也存 在 镉 的污染 问题 。
维普资讯
疗 业 ● ●
立足 北京
放 眼全 球
艘 好观在
把＿ 嚣
故采 用 Ｐ — 硅 在 自然界 中储量 丰 富 （ 是地 球 上储 量 第 二 光 注八 所 及的 整个 范 围 内尽 量布 满 电场 ， 硅 太 元 素 ）而 且 无毒 、 ， 无污 染 ， 人 们研 究 最 多 ， 术 ｒｎ型 的 电池结 构。其 中 ｉ 是 技 为本征 层 ， 处在 Ｐ和 ｎ产
Ｃｕｎｅ 薄膜 通 常采 用真 空蒸 发 的方 ｌＳ 法制 备 。Ｃｄ／ ｕｎＧａ）ｅ薄膜 太 阳 电 Ｓ Ｃ ｌ｛ Ｓ 池 经 过 多 年 的 研 究 开 发 ， Ｓ ｕｎｅ Ｃｄ／Ｃ ｌＳ
薄膜 太 阳 电池 已经 开 始进行 商 业 化试 生
产 ，组件 的稳 定效率 达 １％。而 Ｃ Ｓ １ ｄ／ Ｃ ｌＧ Ｓ 阳 电池 的效率达 到 了 ８ ｕｎ ａｅ太 ％ （ 近多 晶硅 太 阳电池的效 率 ） 接 。但存在
膜太阳电池的优缺点， 阐明了其发展方向。指出多晶硅薄膜太阳电池具有最好的发展潜力和应用前景。 关键 词 硅 薄膜 太 阳 电池 发展 潜力 应用 前景
ｌ ＮｖＥｓＴ｜ ＧＡＴ ｏＮ ｏＮ Ｓ Ｌ ＣｏＮ ＴＨ｜ ｌ Ｍ ｌ Ｉｌ Ｎ Ｆ Ｌ ｓｏＬＡ ｃＥＬ Ｓ Ｒ Ｌ Ｌａ ｉｏＨｕ ｉ ｕ ｎ ｈ ｎ Ｔｎ ｊ ａ ＬｕＺ ｍ｛ｑ Ｃ ｅ ｉｇｉ ｎ
０引 言 目前 太阳电池光伏 发电技术越来越受到世界各 来自膜 太阳 电池 等 。
Ｃｄ－ Ｔ Ｓ Ｃｄ ｅ薄膜 太 阳 电池达 到 了近 商业 化应用 的

铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池技术综述一、薄膜太阳电池概术铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池由于效率高、无衰退、抗辐射、寿命长、成本低廉等特点，是备受人们关注的一种新型光伏电池产品，经过近30年的研究和发展，其光电转化效率为所有已知薄膜太阳能电池中最高的。

而且其光谱响应范围宽，在阴雨天条件下输出功率高于其他任何种类太阳电池，因而成为最有前途的光伏器件之一。

铜铟镓硒CuInSe2（简称CIS）薄膜材料是属于Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ2族化合物直接带隙半导体，光吸收系数达到105量级，薄膜厚度约为1-2μm就能吸收太阳光，其禁带宽度为1.02eV。

通过掺入适量的Ga元素以代替部分的In，成为CuInSe2与CuGaSe2（简称CGS）的固溶半导体CuIn1-xGaxSe2（简称CIGS）。

CIGS电池在制作过程中，通过控制不同的Ga掺入量，其禁带宽度可在1.02-1.67eV范围内调整，这就为太阳能电池的带隙优化提供了很好的途径。

二、国内外研究现状（一）国外研究进展CIGS薄膜太阳电池材料与器件的实验室技术在发达国家趋于成熟，大面积电池组件和量产化开发是CIGS电池目前发展的总体趋势，而柔性电池和无镉电池是近几年的研究热点。

美国国家可再生能源实验室（NREL）在玻璃衬底上利用共蒸发三步工艺制备出最高效率达19.9%的电池。

这种柔性衬底CIGS太阳电池在军事上很有应用前景。

近期，CIGS小面积电池效率又创造了新的记录，达到了20.1%，与主流产品多晶硅电池效率相差无几。

美国NREL和日本松下电器公司在不锈钢衬底上制备的CIGS电池效率均超过17.5%；瑞士联邦材料科学与技术实验室（Empa）的科学家AyodhyaN.Tiwari领导的小组经过多年努力，完善了之前开发的柔性不锈钢衬底太阳能电池，实现了18.7%的效率。

由美国能源部国家光伏中心与日本“新能源和工业技术开发机构（NEDO）”联合研制的无镉CIGS电池效率达到18.6％。

电 池 的 光 电 转 换 效 率 的 手 段 之 一 。 常 用 的 减 反 射 措 施
筮
ｌ） ａ 形成 示意 豳
图 ｌ 湿 法刻 蚀单 晶硅 金 字塔 结 构
Ｆｉ ｈ ｒ ｍ ｉ ｏ ｍ ａ ｉｎ ｍ ｅ ｈａ ｉｍ ｎｄ ＳＥＭ ｇ １ Ｔ ｅ ｐｙ ａ ｄ ｆ ｒ ｔｏ ｃ ｎｓ ａ ｏｆ
了近 年 来硅 衬 底 陷光 结构 的 研 究进 展 ， 分析 了陷光 结
硅衬 底制 备织 构能 将入 射 到硅表 面 的太 阳光 反射 率 降
低到 １ 左 右 ， 仍 有 较 大 提 升 空 间『 ， 且 湿 法 化 Ｏ 但 ６ 而 ］ 学刻 蚀 时 ， 响形 貌控 制 的因素 较多 ， 到形 貌 均匀 的 影 得
了进一 步提高 太 阳电 池 的光 电转 换 效 率 ， 大 利 亚 和 澳 美 国分别 提 出 了第 三代 太 阳能 电池 的 概 念 ， 通 过 研 即 究太 阳能 电池 的效率 极 限和 能 量 损失 机理 ， 把一 些 新 型 电池结 构引 入薄膜 太 阳能 电池 的结构 设 计 中 。第 三 代太 阳能 电池 主 要有 叠 层 太 阳能 电池 、 载 流子 太 阳 热 能 电池和 量子 点 太 阳 能 电 池等 。藉 此 ， 纳米 材 料 和 纳 米结 构 由于其独 特 的物理 特性 被 引入太 阳 能 电池 的研 究 ， 速 引起 了各 国科 研工 作者 的广 泛关 注［ 。 迅 １ ］ 减少 电池受 光面 上入 射 阳光 的反射 是 提高 太 阳能
ｗｅ — ｔ ｈ ｎｇ ｓｎｇ ｅ ｃ ｙｓ ａ ｌｎ ｉｉｏ ｔｅ ｃ ｉ ｉ ｌ — ｒ ｔ ｌｉ ｅ ｓｌｃ ｎ［］
在 宽波段 范 围 内降低硅 片 表面反 射 率是 提 高太 阳 能 电池 的有 效手 段 ， 刻 技 术 ／ 光 电子 束 刻蚀 ［ 、 应 ７ 叫 反 离子 刻蚀 Ｌ 】Ｒ Ｅ） １ （ Ｉ 和机 械刻槽 等技 术 通过 在 硅 片表 面 １ 制备 亚微米 级 浮栅 使之 成为 可能 。这 几种 方 法可 以在 宽波 段范 围 内 将 入 射 光 的 大 角 度 反 射 率 降低 到 １ Ｏ 以下 ， 在特 定 波段 甚 至 降 低 到 １ 以 下ｌ 。 由此 展 开 ９ ］ 的相关 模拟 研究 均 同实验 结果 吻合 较 好 。严格 的光 波 耦 合分 析＿ １ 表明， 在硅 片 表面 制备 特 定形 状 的周期 性 规则 亚微 米级 浮栅 不但 可 以增加 太 阳光 在硅 片 内 部

本文阐述了高效太阳电池研究中正面发射结上的钝化与减反射工艺与原理，重点对PECVD法制备SiNx的钝化机制，H钝化进行了详细的分析。主要对生产中常使用的管式PECVD和板式PECVD制备的薄膜，通过少子寿命测试仪(WT2000）检测少子寿命，椭偏仪测试膜厚和折射率，积分反射仪测试反射率以及利用HF腐蚀来检验薄膜致密性等手段对薄膜性能进行了分析和比较。又对板式PECVD制备薄膜条件进行了优化。研究发现，氮化硅最佳的沉积条件是：温度370℃，SiH4:NH3=500:1600，时间3min；获得了沉积氮化硅后硅片少子寿命高钝化效果好、膜厚与折射率搭配好反射率低的工艺条件。
KEYWORDS:siliconnitride film;PECVD;ACR;passivation;silicon solar cells
第一章
§1
§
随着人类社会的高速发展，环境恶化与能源短缺己成为全世界最为突出的问题。目前，全球总能耗的70％以上都来自石油、天然气、煤等化石能源。但是这些常规能源都是不可再生能源，图1-1给出了世界和中国主要常规能源储量预测，全球已探明的石油储量只能用到2040年，天然气也只能延续到2060年左右，即使储量丰富的煤炭资源也只能维持两百年左右[1]。无论从世界还是从中国来看，常规能源都是很有限的，因此开发利用可再生能源、实现能源工业可持续发展的任务更加迫切，更具深远的意义。
氮化硅薄膜的钝化作用对太阳能电池片
性能的影响分析和研究
摘要
作为一种器件表面介质膜，SiNx薄膜已被广泛应用于IC以及太阳能光伏器件的制造中。在高效太阳能电池研究中，发射结表面钝化和减反射一直是其研究的主题。电池正面发射结不仅要求表面钝化层有优良的钝化性能，同时也要求介质层能够与表面层减反射膜一起产生很好的减反射效果，从而进一步提高太阳电池器件的光生电流、开路电压以及电池效率。