非晶硅太阳电池中吸收层的氢稀释微控作用
发布时间：2020-12-13 09:20
基于等离子体增强化学气相沉积（PECVD）技术制备非晶硅太阳电池,通过微量调节氢稀释（RH）,研究其对本征非晶硅吸收层的光学带隙及微结构的影响。实验结果显示当RH由6.5增加到10时,本征非晶硅吸收层的光学带隙由1.796eV提高到1.973eV,电池效率随RH的降低先升高后降低。并在RH=7时达到最大值,此时的本征非晶硅薄膜的光学带隙约为1.836eV,其电池效率达到8.4%(Voc=897.2mV,Jsc=14.86mA/cm2,FF=62.96%)。实验表明RH的提高并不能单调增加电池的效率。通过对微结构的分析发现,这主要是由于RH过低或过高时,其Si-H2键成分比例较高,微结构因子R较大,使得薄膜中缺陷较多所引起电池恶化导致的。
【文章来源】：内蒙古大学学报(自然科学版). 2020年05期 北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
非晶硅太阳电池截面电镜图
其中,I代表相应子吸收峰的积分强度。根据Si-H和Si-H2的比例系数和红外光谱的峰的积分强度面积来比较不同RH下氢原子含量。计算可得,随着RH的升高,CH由11.8%提高到20.3%,这同时也证明了其光学带隙随RH增大而升高。同时,微结构因子R值大小是衡量薄膜致密性的重要参数,一般认为R值越小,Si-H2键数量越少,孔洞缺陷越低,则薄膜致密性越好[22]。由图3可见,RH分别为6.5、7和10时,相应的R值分别为0.79、0.35和0.59。在RH=7时,R值最小,说明此时本征非晶硅膜的致密性最好。2.3 RH对非晶硅太阳电池的影响
为了进一部分析Jsc变化的原因,对样品进行了外量子效率(EQE)的测试,如图5所示。由图可知,随着氢稀释的升高,400nm短波处的响应先增强后降低,其原因是:在适当的高氢稀释下(RH=7.5),高的Eg会降低i-a-SiOx:H buffer层/i-a-Si:H吸收层界面的带阶失配,进而可以提高空穴的输运能力,因此,该波段响应提升,但当RH过高(RH=10)时,H等离子体会在一定程度上刻蚀i-a-SiOx:H buffer层,反而增加了界面处的缺陷,因此响应降低。而在550-800nm范围的长波段,适当的提高氢稀释,理论上虽然Eg会升高,会造成长波段的响应降低,但在一定程度上会提高Si-H键的成分比例,提高吸收层的质量,进而降低体复合,所以宏观体现的响应提高[23-24]。这就可以解释在RH=7.5时Jsc最高。经计算可得,RH为6.5、7、7.5和10时,EQE积分电流密度分别为13.23mA/cm2、13.71mA/cm2、13.97mA/cm2、13.29mA/cm2。最终我们得到在RH=7时,EQE积分电流为13.71mA/cm2,EQE积分电流密度标定后非晶硅太阳电池效率为7.74%。3 结论
【参考文献】：
期刊论文
[1]相变区硅薄膜拉曼和红外光谱分析[J]. 范闪闪,郭强,杨彦彬,丛日东,于威,傅广生. 光谱学与光谱分析. 2018(01)
[2]PECVD制备氢化非晶硅薄膜的氢含量研究[J]. 王祖强,王丹名,林伟,吕祖彬,张宇,金永珉. 材料导报. 2011(S1)
[3]太阳能光伏发电技术的特点及其发展[J]. 吴福保,王湘艳. 电力与能源. 2011(01)
[4]硅基薄膜太阳电池研究进展[J]. 窦亚楠,褚君浩. 红外. 2010(05)
[5]衬底温度对用RF-PECVD法制备的非晶硅薄膜光学性能影响[J]. 李世彬,吴志明,朱魁鹏,蒋亚东,李伟,廖乃镘. 物理化学学报. 2007(08)
[6]氢化非晶硅（a-Si∶H）薄膜稳定性的研究进展[J]. 廖乃镘,李伟,蒋亚东,匡跃军,李世彬,吴志明. 材料导报. 2007(05)
[7]氢化非晶硅薄膜红外透射谱与氢含量[J]. 胡跃辉,陈光华,吴越颖,阴生毅,高卓,王青,宋雪梅,邓金祥. 中国科学G辑:物理学、力学、天文学. 2004(03)
本文编号：2914314
【文章来源】：内蒙古大学学报(自然科学版). 2020年05期 北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
非晶硅太阳电池截面电镜图
其中,I代表相应子吸收峰的积分强度。根据Si-H和Si-H2的比例系数和红外光谱的峰的积分强度面积来比较不同RH下氢原子含量。计算可得,随着RH的升高,CH由11.8%提高到20.3%,这同时也证明了其光学带隙随RH增大而升高。同时,微结构因子R值大小是衡量薄膜致密性的重要参数,一般认为R值越小,Si-H2键数量越少,孔洞缺陷越低,则薄膜致密性越好[22]。由图3可见,RH分别为6.5、7和10时,相应的R值分别为0.79、0.35和0.59。在RH=7时,R值最小,说明此时本征非晶硅膜的致密性最好。2.3 RH对非晶硅太阳电池的影响
为了进一部分析Jsc变化的原因,对样品进行了外量子效率(EQE)的测试,如图5所示。由图可知,随着氢稀释的升高,400nm短波处的响应先增强后降低,其原因是:在适当的高氢稀释下(RH=7.5),高的Eg会降低i-a-SiOx:H buffer层/i-a-Si:H吸收层界面的带阶失配,进而可以提高空穴的输运能力,因此,该波段响应提升,但当RH过高(RH=10)时,H等离子体会在一定程度上刻蚀i-a-SiOx:H buffer层,反而增加了界面处的缺陷,因此响应降低。而在550-800nm范围的长波段,适当的提高氢稀释,理论上虽然Eg会升高,会造成长波段的响应降低,但在一定程度上会提高Si-H键的成分比例,提高吸收层的质量,进而降低体复合,所以宏观体现的响应提高[23-24]。这就可以解释在RH=7.5时Jsc最高。经计算可得,RH为6.5、7、7.5和10时,EQE积分电流密度分别为13.23mA/cm2、13.71mA/cm2、13.97mA/cm2、13.29mA/cm2。最终我们得到在RH=7时,EQE积分电流为13.71mA/cm2,EQE积分电流密度标定后非晶硅太阳电池效率为7.74%。3 结论
【参考文献】：
期刊论文
[1]相变区硅薄膜拉曼和红外光谱分析[J]. 范闪闪,郭强,杨彦彬,丛日东,于威,傅广生. 光谱学与光谱分析. 2018(01)
[2]PECVD制备氢化非晶硅薄膜的氢含量研究[J]. 王祖强,王丹名,林伟,吕祖彬,张宇,金永珉. 材料导报. 2011(S1)
[3]太阳能光伏发电技术的特点及其发展[J]. 吴福保,王湘艳. 电力与能源. 2011(01)
[4]硅基薄膜太阳电池研究进展[J]. 窦亚楠,褚君浩. 红外. 2010(05)
[5]衬底温度对用RF-PECVD法制备的非晶硅薄膜光学性能影响[J]. 李世彬,吴志明,朱魁鹏,蒋亚东,李伟,廖乃镘. 物理化学学报. 2007(08)
[6]氢化非晶硅（a-Si∶H）薄膜稳定性的研究进展[J]. 廖乃镘,李伟,蒋亚东,匡跃军,李世彬,吴志明. 材料导报. 2007(05)
[7]氢化非晶硅薄膜红外透射谱与氢含量[J]. 胡跃辉,陈光华,吴越颖,阴生毅,高卓,王青,宋雪梅,邓金祥. 中国科学G辑:物理学、力学、天文学. 2004(03)
本文编号：2914314
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