具有本征非晶硅钝化层的薄膜硅/晶体硅异质结太阳能电池的研究

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带有本征非晶硅薄层的异质结(Hetero-junction with Intrinsic Thin-Layer,HIT)太阳电池,兼有晶硅电池高效率和薄膜电池工艺简单的优势,成为全球光伏领域的研究热点。目前,日本Panasonic采用背接触技术将HIT电池的转换效率提升至25.6%,为世界最高水平。该电池实用面积为143.7cm2,厚度小于100μm,充分说明其在提高效率和降低成本方面的巨大潜能。而国内HIT电池的最高效率仅为17.36%(1.2cm2),理论基础和产业化水平都比较落后。针对上述情况,本文主要围绕异质结电池的核心技术开展以下工作:(1)研究了本征室氢等离子体处理时间、本征非晶硅钝化层厚度和沉积条件对异质结电池性能的影响。在氢处理时间tH=50s,本征层厚度di=5nm,功率密度Pw=50mW/cm2,沉积气压Pr=0.5torr,硅烷浓度SC(%)=8%的条件下,本征层的钝化效果最好,得到了Voc=673mV,η=9.106%的异质结太阳电池。(2)研究了退火对异质结太阳电池性能的影响。结论如下:随着退火时间的增加,(无i层)异质结电池的Voc和Isc呈现先增加后减小的趋势,二者分别在60min和30min取得最大值,η在60min时有所提高。这是由于适当时间的退火可以使电池内部产生热效应,减小界面缺陷态密度,优化薄膜结构;同时也可以重新组合各层薄膜,提高电池接触性,改善电池性能。而把优化后的退火时间(60min)用于(加i层)异质结电池,该处理虽然对电池铝背电极有一个加热作用,改善了电池接触性,使Rs减小、Isc增加。但此时间过长,不仅使本征非晶硅薄膜的晶化率提高,还使该薄膜中的氢析出加剧,无法有效地饱和界面悬挂键,影响本征层的钝化效果。(3)为了提高FF,探索了电池制备工艺。分别是:1)在硅片正面先后沉积P型窗口层和ITO前电极,在其背面蒸镀铝背电极。2)改变1)中ITO电极的溅射功率。3)在1)中铝背电极蒸镀前,先溅射一层厚约50nm的ITO薄膜,形成双面ITO电池。4)改变1)中的电极沉积顺序,先镀Al背电极后镀ITO前电极。5)增加电池面积为2?2cm2,并在ITO前电极上引入铝栅线。经过对比分析后得知:用工艺1)制备的电池FF最高,性能最好。
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