pin型非晶硅太阳能电池的制备与特性的研究

【摘要】： 太阳能作为取用不尽的纯净能源,对当前能源危机和环境污染问题正是雪中送炭,开发利用太阳能电池成为当务之急。降低光伏系统的成本是目前任务的重中之重,而要降低组件成本最核心的技术就是降低材料成本。非晶硅薄膜太阳能电池凭借自身优异的材料特性和廉价的成本,无疑成为太阳能电池中最有发展潜力的薄膜电池之一。 非晶硅薄膜太阳能电池具有如下优点:光吸收系数大,衬底温度低,耗材少,能沉积在廉价的玻璃衬底上,制作工艺与现有集成电路工艺兼容,适用于大面积生产,且容易与建筑材料相结合,构成光伏建筑一体化系统。 对非晶硅薄膜太阳能电池进行数学物理建模,利用一维光电子结构分析模型(AMPS-1D)模拟分析了TCO/p-a-Si:H/i-a-Si:H/n-a-Si:H/metel结构的i层厚度对电池性能的影响,并对i层进行优化设计。采用RF-PECVD法在普通玻璃上沉积非晶硅薄膜材料,结合蒸镀、刻蚀等半导体工艺,在透明导电(TCO)玻璃上制备pin结构的单结非晶硅薄膜太阳能电池样品,研究了非晶硅薄膜材料及其电池的制备方法、工艺过程和相关工艺对电池各层薄膜材料性能的影响,重点讨论了工艺条件对i层光电特性的影响和i厚度对电池性能的影响。主要的工作总结如下: 1)模拟仿真了pin型非晶硅太阳能电池i层厚度对电池性能的影响,获得了最优的器件结构,其中,i层厚度500~700nm,电池的转换效率3.4%。 2)研究了非晶硅薄膜太阳电池各层材料的制备工艺及工艺参数对材料性能的影响,着重分析了工艺参数对本征层的光电特性的影响,获得了沉积各层薄膜的最佳工艺技术。 3)完成了pin单结太阳能电池的制备及性能测试。 4)研究i层厚度对太阳电池性能的影响,主要包括VOC,JSC和η。结果表明,当前沉积系统下的最佳i层厚度为800~1000nm,获得电池转换效率约3.1%。优化了的工艺条件,验证了仿真结果。 【关键词】：非晶硅薄膜 太阳能电池 PECVD 转换效率 开路电压
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-19
• 1.1 选题背景9-15
• 1.1.1 太阳能的概述及其特点9-12
• 1.1.2 太阳能电池的概述与分类12-15
• 1.2 非晶硅薄膜太阳能电池的应用现状及其发展趋势15-18
• 1.2.1 提高非晶硅电池转换效率方法17
• 1.2.2 非晶硅电池稳定性问题17
• 1.2.3 技术的发展方向17-18
• 1.3 论文的研究内容18-19
• 第二章 非晶硅太阳能电池的理论基础19-31
• 2.1 非晶态材料的半导体物理特性19-25
• 2.1.1 非晶态材料的结构19-20
• 2.1.2 非晶态材料的光学特性20-22
• 2.1.3 非晶态材料的电学特性22-25
• 2.2 太阳能电池的基本原理25-30
• 2.2.1 薄膜太阳能电池的基本原理与结构25-28
• 2.2.2 太阳能电池等效电路模型与特性参数28-30
• 2.3 pin 型非晶硅薄膜太阳能电池的测试30-31
• 第三章 pin 型非晶硅太阳能电池的数值模拟分析31-42
• 3.1 半导体器件数值分析理论基础31-35
• 3.1.1 基本方程31-32
• 3.1.2 非平衡载流子的寿命与复合理论32-35
• 3.2 PIN 非晶硅太阳能数值模拟与设计优化35-42
• 3.2.1 数学物理模型的建立35-37
• 3.2.2 pin 型非晶硅太阳能i 层厚度模拟仿真与优化设计37-42
• 第四章 pin 单结非晶硅薄膜太阳能电池制备与工艺的优化42-72
• 4.1 非晶硅材料的制备原理与方法43-50
• 4.1.1 PECVD 制备非晶硅的原理43-47
• 4.1.2 非晶硅材料的测试方法47-50
• 4.2 样品制备材料和基片的准备50
• 4.3 PECVD 工艺参数及实验步骤设计50-51
• 4.4 p、n 层材料的制备及工艺选择51-56
• 4.4.1 衬底温度对p 型硅薄膜材料带隙影响52-53
• 4.4.2 非晶硅薄膜太阳能电池N 层磷掺杂a-Si:H 薄膜制备与表征53-56
• 4.5 用于薄膜太阳能电池本征层 a-Si:H 薄膜的制备与光电特性研究56-62
• 4.6 顶电极的选择与制备62-64
• 4.7 电池的刻蚀64-66
• 4.7.1 RIE 刻蚀工艺原理64-65
• 4.7.2 a-Si:H 的刻蚀实验65-66
• 4.8 i 层厚度的选择和对仿真结果的验证66-72
• 第五章 结论72-73
• 致谢73-74
• 参考文献74-77
• 个人简历77
• 攻硕期间取得的研究成果77-78

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