AIC多晶硅薄膜制備研究及其疊層電池的模擬設(shè)計.pdf

1、多晶硅薄膜具備與體硅材料接近的高遷移率、窄帶隙的特點(diǎn),同時又具有節(jié)約材料的優(yōu)勢,因而其作為晶體硅太陽電池替代材料的研究被越來越多的重視和開展。AIC誘導(dǎo)晶化技術(shù)作為一項行之有效的技術(shù),已經(jīng)被應(yīng)用于多晶硅籽晶層的制備之上,結(jié)合外延工藝,獲得了8％效率的單結(jié)電池。本文使用鋁誘導(dǎo)晶化技術(shù),對多晶硅薄膜材料的制備進(jìn)行了研究,并采用計算機(jī)模擬的方法對于多晶硅薄膜在疊層電池中的應(yīng)用進(jìn)行了模擬計算。
　　 1、對于多晶硅薄膜材料的制備,我們采

2、用了化學(xué)溶液源與物理蒸發(fā)源兩種方法引入鋁誘導(dǎo)源:
　　 化學(xué)源:只有當(dāng)溶液為強(qiáng)堿性條件(pH值大于11),溶液中Al元素以偏鋁酸根AlO2-的形式存在時才能觀察到晶化的發(fā)生；為了獲得連續(xù)多晶硅薄膜,溶液的濃度不能低于1％；非晶硅薄膜表面氧化層的存在會阻礙AlO2-與Si原子的結(jié)合與反應(yīng),使晶化所需要的溫度升高。
　　 物理源:退火溫度的提高可以顯著地提高晶化速率,但同時因形核密度變大,晶粒尺寸變小,不利于材料質(zhì)量的提高,

3、體現(xiàn)為載流子遷移率的下降；Al層厚度越大,初始的形核速率越慢；當(dāng)a-Si層的厚度小于Al層厚度時,無法通過延長退火時間獲得100％完全的晶化,存在著晶化比例(CF)的極限效應(yīng)；而當(dāng)a-Si層厚度超過Al層厚度較多時,會在連續(xù)的多晶薄膜上殘留下過多的硅島,不利于后續(xù)外延的進(jìn)行；采用低壓純氧條件下升溫氧化的方法制備了a-Si/Al之間起隔膜作用的氧化層,可以使氧化層的結(jié)構(gòu)和組分相對于自然氧化的氧化層發(fā)生改變,提高晶化速率；當(dāng)采用的晶化前驅(qū)物

4、自身存在著兩相混合結(jié)構(gòu)時,在相界面或缺陷位置附近形核所需要的能量降低,形核率提高,形核階段所需要的時間縮短,同時會使薄膜表面殘留的Si由島狀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榍鹆隊顖F(tuán)簇。
　　 2、在模擬計算方面,采用Silvaco公司TCAD軟件構(gòu)建了二維多晶硅薄膜電池模型,對晶粒間界缺陷態(tài)密度與晶粒尺寸對電池性能的影響進(jìn)行了模擬。并使用這一模型對多晶硅薄膜在疊層電池中的應(yīng)用潛能進(jìn)行了計算。
　　 晶化多晶硅材料的性能,尤其是間界處的缺陷態(tài)密

5、度,是調(diào)控電池性能的重要參數(shù)。電池的各項參數(shù)隨著晶粒間界處缺陷態(tài)密度的減小而提高。當(dāng)帶隙態(tài)密度與帶尾態(tài)密度分別降低到1014cm-3eV-1與1017cm-3eV-1以下時,薄膜材料性能明顯提高,對電池性能的影響減弱,故而電池性能的增長趨于飽和。
　　 晶粒尺寸影響著薄膜內(nèi)晶粒間界的密度,因而也會對電池性能產(chǎn)生影響。當(dāng)晶粒間界的缺陷態(tài)密度處于中間量級時,電池的開路電壓、填充因子和效率隨著晶粒尺寸的減小明顯下降。而當(dāng)晶粒間界處于理

6、想鈍化或未鈍化條件時,晶粒尺寸對此三項參數(shù)的調(diào)控作用不再明顯。說明晶粒尺寸的影響與晶粒間界缺陷態(tài)密度相關(guān)。
　　 對非晶硅、微晶硅、多晶硅薄膜三疊層電池進(jìn)行了模擬,對疊層電池的短路電路匹配問題進(jìn)行了優(yōu)化,在不采用特殊光管理措施的情況下,能夠獲得效率為21.88％的三疊層電池,而若采用效果更好的減反射層以及采用周期性光柵與分布式布拉格反射器(DBR)作為復(fù)合背反射層,所需要的多晶硅薄膜底電池的厚度可以減至6.4μm,同時效率提高至