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PECVD法制备多晶硅薄膜太阳能电池研究

关注热度:112   来源:新能源学术论文  作者:井维科
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【摘要】:太阳能电池是解决未来能源危机的重要解决办法,目前有单晶硅、多晶硅太阳能电池,其中单晶硅太阳能电池的转换效率已经达到24%,多晶硅电池的效率也达到了10%。这两种太阳能电池占据了绝大多数的市场份额。但是,由于占太阳能电池主要成本的单晶硅、多晶硅的价格居高不下,导致太阳能电池生产成本较高。所以,人们找到了薄膜太阳能电池的发展方向。其中比较成熟的有非晶硅薄膜太阳能电池、铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池、染料敏化太阳能电池等等。对于硅基薄膜太阳能电池,可分为非晶硅和多晶硅薄膜电池。非晶硅薄膜主要是利用等离子体化学气相沉积(PECVD)的方法制备。以硅烷(SH4)、氢气(H2)为主要反应气体,制备出氢化非晶硅(a-Si:H)薄膜。又利用乙硼烷(B2H6)、磷烷(PH3)对非晶硅进行掺杂,得到P型和N型的半导体材料。非晶硅薄膜太阳能电池多长波段的太阳光有较好的吸收系数,但是薄膜太阳能电池厚度一般只有几百纳米,所以单纯PN结的非晶硅薄膜电池对光的吸收率并不高,为了解决这个问题,通常采用P-I-N(P型-本征型-N型)的结构设计,这样可以适当增加本征层(Ⅰ层)薄膜的厚度,来提高电池对光的吸收。但是由于非晶硅材料的无序性,载流子的迁移率、寿命和扩散长度都比单晶硅中要低很多,所以使非晶硅薄膜多晶化,能够大大降低载流子在晶界的复合,有效增加载流子的寿命,从而提高电池的转换效率。一般使用PECVD直接沉积多晶硅薄膜有很大困难,所以通常用金属诱导非晶硅晶化、固相晶化和激光晶化等。 在本论文中,基于金属诱导非晶硅晶化,然后利用晶化的多晶硅薄膜作为种晶层,用PECVD沉积硅薄膜,可直接得到多晶硅薄膜。主要工作分为两部分: (1)利用金属诱导使非晶硅薄膜晶化的方法,重点探索了金属铝(Al)和锡(Sn)对非晶硅晶化的影响。实现了在玻璃衬底上非晶硅的晶化。利用铝诱导,退火处理2小时,在500℃实现了厚度约200nm的非晶硅薄膜晶化;利用金属锡,非晶硅在400℃时开始晶化,到450℃温度时已经得到晶化率较高的多晶硅薄膜。得到较实用的制备种晶层的工艺参数。 (2)安装调试实验室第一台等离子体化学气相沉积设备(PECVD),摸索出了本台设备的使用特点,初步制备了氢化非晶硅薄膜(a-Si:H),对薄膜的结构和光敏性进行了测试分析,掌握了基本的工艺。初步制备PIN结构的非晶硅薄膜电池,为制备非晶硅和多晶硅薄膜太阳能电池积累了一定方法。
【关键词】:薄膜太阳能电池 非晶硅 金属诱导多晶硅 等离子体化学气相沉积
【学位授予单位】:浙江师范大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TM914.4
【目录】:
  • 摘要3-5
  • ABSTRACT5-7
  • 目录7-9
  • 第一章 绪论9-16
  • 1.1 太阳能电池的发展和现状9-15
  • 1.1.1 太阳能电池的研究背景9-10
  • 1.1.2 太阳能电池原理简介10-11
  • 1.1.3 太阳能电池的发展11-13
  • 1.1.4 太阳能电池的研究现状和发展趋势13-15
  • 1.2 本论文的主要研究内容15-16
  • 第二章 金属诱导非晶硅晶化研究16-34
  • 2.1 金属诱导非晶硅薄膜晶化概述16-18
  • 2.2 实验方法和仪器简介18-20
  • 2.2.1 样品制备仪器18
  • 2.2.2 分析测试仪器18-20
  • 2.3 金属铝诱导非晶硅薄膜晶化20-25
  • 2.3.1 实验方法21-23
  • 2.3.2 退火温度对晶化的影响23-25
  • 2.4 锡诱导非晶硅晶化25-31
  • 2.4.1 实验方法26-27
  • 2.4.2 退火温度对晶化的影响27-31
  • 2.5 基于AIC制备多晶硅薄膜的初步研究31-33
  • 小结33-34
  • 第三章 浙江师范大学PECVD仪器设计和调试34-49
  • 3.1 等离子体化学相沉积系统简介34-37
  • 3.1.1 PECVD原理简介34-36
  • 3.1.2 PECVD沉积氢化非晶硅原理简介36-37
  • 3.2 浙江师范大学PECVD设计方案37-38
  • 3.3 PECVD4000型薄膜沉积系统介绍38-48
  • 3.3.1 非晶硅薄膜的主要制备工艺43-44
  • 3.3.2 非晶硅薄膜材料的结构44-45
  • 3.3.3 非晶硅薄膜材料的电学特性45-48
  • 小结48-49
  • 第四章 硅基薄膜太阳能电池的初步研究49-52
  • 4.1. PIN结构非晶硅薄膜太阳能电池原理简介49-50
  • 4.2 初步制备PIN结构非晶硅薄膜太阳能电池50-51
  • 小结51-52
  • 第五章 工作总结及展望52-53
  • 参考文献53-58
  • 研究生期间的主要工作58-59
  • 致谢59-61


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关键词: 薄膜太阳能电池

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