氢化纳米非晶硅pin太阳电池.pdf

维普资讯 第24卷第4期 云南师范大学学抠 Vo1．24No．7 2004军 7月 JournM0fYunnanNorn~aIUniversity Ju1．2004 氢化纳米非晶硅 (na—Si：H)p—i—n太阳电池 胡志华 ，廖显伯 ，夏朝凤 ，刁宏伟 ，孔光临 (1．云南师范大学能源与环境科学学院，云南 昆明 650092；2．中国科学院半导体研究所 北京 100083) 摘 要： 文章报道 了通过适当氢稀释 (RH一15)和合适的衬底温度 (Ts一170~C)下，用PECVD制备得 到的宽带隙氢化纳米非晶硅 (na—si：H)薄膜，并将其用作pin太阳电池的本征层。经过 电池结构和工艺 条件的优化设计，在 p／i，i／n界面插入渐变带隙缓冲层，制备出了glass／ITO／p--a--SiC：H／i—na—si： H／n—nc—si：H／ 结构的pin太阳电池。电池初始开路 电压(Voc)高达 0．94V，同时还能保证 0．72的 填充因子 (FF)。光电转换效率(Eft)达到 8．35 (AM1．5，100mW ／cm)。 关 键 词： 纳米非晶硅 ；pin薄膜太阳电池 ；开路 电压；PECVD 中图分类号：O211．6 文献标识码 ：A 文章编号： 1007—9793(2004)04--0027--04 近年来 ，多孔硅 (porous--Si)以及含氧、含氮 料，本文称之为纳米非晶硅或 nanomorphoussill— 和氢化纳米晶硅 (nc--Si：0、nc--Si：N、nc—Si：H) con(na—Si)，区别于纳米 晶硅 一nanocrystalline 由于量子限制效应 (Quantum confinementeffect) slicon(nc--Si)。将这种宽带隙纳米非晶硅材料其 引起晶体硅的能带结构发生改变 ，使其具有了较 用于制作 glass／ITO／p—a—SiC／i—na—Si：H／n 强的室温可见光发光特性，使人们看到了成熟并 — nc--Si：H结构的太阳电池，电池初始开路电压 日益发展的硅基微 电子工艺最终实现光电集成的 (Voc)高达 0．94V，同时还能保证 0．72的填充因 希望。因此，这类材料的研究倍受重视。但因这些 子 (FF)。光电转换效率 (Eft)达到8．35 (M1． 材料一般都不具有光敏性，不适合用于 pin结构 5，100mW ／cm2) 太阳电池的本征层 ，因而较少有将这些材料应用 于光伏器件的报道 。事实上，这些材料原则上也只 1 实 验 适合用于太阳电池的掺杂层。直到 1999年 Sukti Hazra和SwatiRay[1]才报道了将氢化纳米硅用 纳米非晶硅薄膜太阳电池是在三室 (分装片 作 pin结构太阳电池的本征层 ，制备 出了开路 电 室、掺杂室和本征室)等离子体增强汽相化学沉积 压 (Voc)为 0．93V，光 电转换效率 (Eft)为 8．796／ 系统中制备的。系统本底真空为6×10～Pa。所用 的太阳电池。不过这里所说的纳米硅实际上是一 衬底有 ITO导电玻璃和 7059玻璃两种。7059玻 种两相结构 (diphase)材料。少量纳米尺度的结晶 璃用于各单层膜的光学表征和PL谱测量。载入 硅颗粒镶嵌于非 晶硅网络中，由于量子限制效应 沉积系统之前，衬底需用去离子水煮沸清洗。P型 使得这种两相结构材料具有纳米硅带隙宽和光致 窗口层放 电气体为硅烷 (SH )、甲烷 (CH)、氢气 发光特性，同是由于非 晶相的存在又使得这种材 (H2)和掺杂气体 (19／5的稀释)硼烷 (B2H +H2)。 料又具有较好的光敏性 ，因而在提高光照稳定性 300℃预烘烤 30分钟 ，生长时的压力、温度和功率 的情况下 ，还能获得较好的光伏