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HIT电池表面钝化技术的研究
        来源:        作者:        发表时间:2014-08-10        阅读次数:672次
本文采用PECVD技术沉积本征非晶硅薄膜,研究少子寿命随本征层厚度、沉积气压、射频功率、氢稀释度以及硅片清洗工艺的变化规律。结果表明:本征层厚度要适中。随着沉积气压、射频功率和氢稀释度的增加,少子寿命均呈现先增大而后减小的趋势。同时,采用HF/O3清洗技术能使少子寿命得到很大的改善。
 
       1前言
 
      晶体硅电池具有转换效率高、技术成熟等优点。但传统的高温扩散工艺又限制了转换效率的提高和成本的进一步降低。多年来各国科学家一直在努力研究探索低成本高产量的高效薄膜太阳电池制造技术。但是,a-Si:H薄膜太阳光致衰退问题始终没有得到很好的解决,同时其光电转换效率还有待进一步提高。一条可行的途径是用宽带隙的a-Si:H作为窗口层或发射层,单晶硅、多晶硅作衬底,形成所谓的异质结太阳电池。这种电池既利用了薄膜电池的制造工艺优势,又发挥了晶体硅和非晶硅的材料性能特点,具有实现高效、低成本太阳电池的发展前景。
 
      a-Si:H/c-Si异质结电池已经成为最有市场前景的太阳电池之一,受到国际上许多国家的广泛关注,目前许多研究机构和企业正在开展a-Si:H/c-Si异质结电池的研究。Sanyo的HIT(heterojunctionwithintrinsicthin-layer)电池实验室转换效率已达到22.3%,且R.M.Swanson通过理论分析,预言这种结构电池的转换效率可以超过25%。
 
      HIT电池之所以能取得这样高的光电转换效率是由于在太阳电池的p-n结中插入一个本征缓冲层(bufferlayer),该本征缓冲层对Si片表面的钝化作用使其界面特性得以改善。少子寿命是钝化效果的直接反映,理论证明少子寿命越高,太阳电池的短路电流、开路电压也会越高。因此开展对本征非晶硅薄层钝化后硅片少子寿命的研究是制备高效HIT电池的前提和关键。
 
      2实验
 
      实验采用PECVD技术,在单晶制绒硅片上双面沉积本征非晶硅层。所用硅片为5英寸n型CZ片,晶向为(100),电阻率0.5~3Ω·cm,厚度约200~220μm。制绒之前先采用RCA法清洗硅片,用以确保制绒的均匀性。最后用1%的HF溶液去除硅片表面的氧化层。
 
      实验过程中,通过改变本征层厚度、沉积气压、射频功率、氢稀释度和硅片清洗工艺制备不同的非晶硅薄膜。利用WT一2000PV测试钝化后硅片少子寿命,最终通过比较少子寿命来优化本征非晶硅膜的沉积条件。
 
      3结果与讨论
 
      为少子寿命随本征层厚度变化关系曲线。从图中可以看出,本征层的最佳厚度在10nm左右,本征层过薄或过厚都会造成少子寿命的下降。经分析,出现这种变化趋势的主要原因在于:当本征层厚度较小时,硅片表面金字塔绒面的存在,导致有些区域硅膜并没有很好的覆盖硅片表面,因此这一小部分硅片表面的悬挂键没有得到饱和,这些悬挂键形成有效的复合中心,产生较大的表面复合速率,少子寿命较低;当本征层厚度较厚时,少子寿命同样下降。因为非晶硅内部短程有序的结构使得非晶硅内部网络结构中存在大量的悬挂键,这样本征层本身固有的缺陷成为载流子的有效复合中心,此外本征层的厚度增加会降低内建电场的强度。因此本征层厚度必须适中。

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