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作为薄膜太阳电池的一个新品种,柔性衬底非晶硅太阳电池在应用上日益凸现出巨大的潜力,受到越来越多的关注。聚酰亚胺薄膜由于具有良好的物理化学性能,成为一种理想的柔性衬底材料。然而同所有非晶硅太阳电池一样,聚酰亚胺衬底柔性非晶硅太阳电池也存在光致衰退效应(SWE),这对它的推广应用产生了严重影响。
为了提高聚酰亚胺衬底柔性非晶硅太阳电池的稳定性,本文主要做了以下工作:
首先,针对protocrystalline Si:H(pc-Si:H)薄膜材料在光照下具有良好稳定性的特点,为了将pc-Si:H薄膜应用到柔性电池,我们研究了pc-Si:H薄膜的生长条件和稳定机理,并在射频等离子体增强化学气相沉积系统中采用氢稀释的方法制备pc-Si:H薄膜。在研究功率密度、反应气压、衬底温度以及气体流量等沉积工艺对薄膜光电性能影响的基础上,对pc-Si:H薄膜进行了优化,最后研制出光学带隙为1.8eV,光敏性高达6.2×104的pc-Si:H薄膜材料。在光照衰退实验中,通过与a-Si:H材料的比较得出pc-Si:H材料在光照下具有良好稳定性的特点。
其次,在改进电池制备工艺的基础上,把pc-Si:H薄膜应用于太阳电池的本征层和窗口层。对于本征层,研究发现,相对于非晶硅薄膜电池,pc-Si:H薄膜电池具有更高的开路电压,但短路电流密度相对较低;在光照下,pc-Si:H薄膜电池表现出非凡的稳定性,在整个光照过程中,电池效率甚至有所升高。对于窗口层,p型pc-Si:H薄膜能有效的提高电池的短路电流密度,但因为光学带隙相对与p型a-SiC:H薄膜要低,所以开路电压有所下降。在i/p界面采用一定的氢处理可以有效的改善p层薄膜的性能。
总之,我们对pc-Si:H薄膜的性能有了一个比较深的认识,为了克服pc-Si:H薄膜的不足,我们在将来的工作中一方面继续研究和优化pc-Si:H的性能,另一方面将把pc-Si:H薄膜应用于柔性衬底叠层电池,以提高电池的转换效率和稳定性。