论文部分内容阅读
除非晶硅、微晶硅薄膜材料在光伏和平板显示领域有广泛的应用之外，多晶硅材料以其稳定性好、迁移率高的特点得到越来越多的关注。本文针对多晶硅材料在薄膜太阳能电池领域的应用进行了研究。主要研究内容及结果如下：
⑴对基于表面修饰的溶液法金属诱导晶化技术(S—MIC)进行了研究。该方法通过使用“亲合剂”，改善a-Si和诱导溶液的接触，再在表面旋涂一层镍盐溶液，从而形成一层含有镍源的均匀的薄层。随后将之放入温度为590℃的退火炉中退火4小时即可获得晶粒尺寸在10μm以上的多晶硅。重点从诱导溶液的镍盐浓度和旋涂速度两个角度，讨论了控制晶化前驱物表面镍含量对多晶硅晶粒尺寸及均匀性的影响。试验发现，溶液浓度高或旋涂速度低都会导致非晶硅表面镍量比较高，晶化后晶粒尺寸会比较小；但溶液浓度过低或旋涂速度过快时，非晶硅表面镍量比较少，也会导致多晶硅晶化质量下降，缺陷变多。
⑵从多晶硅薄膜光学特性和电学特性入手，就影响电池特性的器件结构和材料性能进行了讨论。着重介绍了使用固相晶化(SPC)工艺制备的多晶硅薄膜太阳能电池，并对电池的1层厚度、P+层掺杂浓度等进行了研究。由于SPC多晶硅薄膜仍存在较多缺陷态，提高I层厚度虽然可以提高总的光吸收率，但是会引入更多的光生载流子的复合，导致器件性能下降；P+层掺杂也出现了类似的问题，高浓度掺杂引入的弊端大于它带来的好处，因此如何选择适当的I层厚度与P+层浓度都在文中进行了讨论。在现有的条件下，制备出效率为1.29％的多晶硅薄膜电池。介绍了用金属诱导晶化(MIC)制备电池的探索性研究结果，制备出效率为1.12％的MIC poly-Si电池，发现晶化后多晶硅薄膜中残留的诱导金属越多，器件的I－V特性越差。针对MIC退火时间短、温度低的优点，尝试了双结叠层poly－Si电池，开路电压Voc提高了近一倍，但总效率未能象本文期待的那样得到明显提高。讨论了RTA过程中P、N层杂质的扩散现象，发现800℃以上的高温RTA，很短的时间内PIN结就会因硼离子和磷离子的扩散发生失效为PN结。通过对比单晶硅中掺杂离子的高温扩散，本文发现多晶硅中离子的扩散系数比单晶硅中高的多。
⑶对提高多晶硅电池特性的若干途径进行了探讨。首先通过对比减反层不同厚度光吸收率的变化，选取100nm/100nm厚的SiO2/SiNx薄膜为减反层，并通过器件特性检验了其效果；其次介绍了磁控溅射FTO薄膜的工艺，并对它的高温稳定性进行了研究；随后介绍了氢钝化技术在多晶硅薄膜器件制备工艺中的应用，并探讨了其反应特点；提出了一种新型的陷光结构。为了使其早同应用于薄膜电池的制备工艺中，本论文模拟了它的结构，总结出角度与效率的关系，为今后陷光结构的改良提供了参考方向。