p型微晶硅膜的研究及其在异质结太阳电池中的应用

　　首先采用射频等离子体增强化学气相沉积技术制备了电导率为0.13 S/cm、晶化率为50%的p型微晶硅,然后制备了μc-Si∶H(p)/c-Si(n)异质结太阳电池。初步研究了硼掺杂比、辉光功率密度、p型硅薄膜的厚度和氢处理时间等这些参数对电池开压的影响。在优化的工艺参数下得到异质结电池最大开路电压Voc为564mV。

　　p型薄膜硅;异质结太阳电池;开路电压;射频等离子体增强化学气相沉积

　　Abstract: The p-type microcrystalline(μc) silicon thin films were grown by RF plasma enhanced chemical vapor deposition(RF-PECVD) on glass substrates,and the μc-Si:H(p)/c-Si(n) hetero-junction solar cells were fabricated with the films.The impacts of the growth conditions,such as the pressure,boron-doping,discharge power,substrate temperature,gas flow rate,and concentration of silane,on the microstructures and properties of the films were studied.The current-voltage characteristics of the hetero-junction were evaluated.The preliminary results show that the solar cells,made of the films grown under optimized film growth conditions,works well with an open-circuit voltage of 564 mV.Possible improvement of the μc-Si film growth was also tentatively discussed.

　　Keywords: Microcrystalline silicon films,Heterojunction solar cells,Open-circuit voltage,RF-PECVD

　　基金项目: 国家重点研究发展规划(批准号:2006CB202601);; 河南省基础与前沿技术研究计划(批准号:82300443203)资助的课题

　　氢化微晶硅( c-SiH) 薄膜是由纳米晶硅、晶粒边界、非晶硅和空洞等构成的混合相材料, 它具有高掺杂效率、高电导率以及大的载流子迁移率等优点,同时还具有比氢化非晶硅更宽的光谱响应范围[1],因此在薄膜太阳电池中有着广泛的应用; 许多研究已经证明硼掺杂p 型微晶硅非常适合做微晶PIN 电池的窗口材料[ 2- 3] 。目前制备p 型氢化微晶硅的常用沉积技术有: 等离子体增强化学气相沉积(PECVD) 、热丝化学气相沉积( HWCVD) 和微波化学气相沉积, 常用掺杂气源有B2H6, B( CH3 ) 3 和BF3,其中PECVD 常用的是B2H6。

　　在c-Si 上生长一层氢化非晶硅或氢化微晶硅薄膜形成的异质结太阳电池, 这种电池p-n 结制备采用了薄膜沉积的低温工艺( < 200  ) , 不仅减少了能耗, 又避免了硅片在高温过程中性能的退化, 同时又发挥了晶体硅材料的高性能的优势, 因此, 硅异质结太阳电池兼具高效率、稳定和低成本的优点, 展示出更为广阔的应用前景。目前国外对这种电池的研究发展非常迅速, Mikio Taguchi 等[ 4] 成功地在100􀀁4m2 的硅片上获得了效率高达23% ( 经AIST 测定)的HIT 太阳电池, 但是国内有关异结电池的研究水平还很落后, 到目前为止, 最高的转换效率为17.27%[ 5] , 因此很有必要对这种异质结电池开展进一步的研究。

参考文献：
　　[1]Droz C.Institue de Microtechnique,Universite de Neuehatel[C],Swiss,2003:7
　　[2]Guha S,Yang J,Nath P,et al.Appl Phys Lett[J],1986,49:218
　　[3]Keppner H,Meier J,Torres P,et al.Appl Phys[J],1999,A69:169
　　[4]MishimaT,TaguchiM,SakataH,et al.Solar EnergyMaterials&Solar Cells[J],2011,95:18-21
　　[5]张群芳,朱美芳,刘丰珍,等.半导体学报[J],2007,28(1):96-99
　　[6]李,张溪文,韩高荣.真空科学与技术学报[J],2009,29(2):119-124
　　[7]申陈海,卢景霄,陈永生,等.真空科学与技术学报[J],2009,29(5):494-498
　　[8]Zhang Q F,Zhu M F,Liu F Z,et al.International Conferenceon Optical and Optoelectronic Properties of Materials and Ap-plications[C].Australia:Darwin,2006