p層帶隙對微晶硅太陽能電池性能的影響(劉石勇)

1、p p層帶隙對微晶硅太陽能電池性能的影響層帶隙對微晶硅太陽能電池性能的影響 劉石勇,曾湘波,彭文博,姚文杰,謝小兵,王超,王占國 中國科學院半導體研究所研究背景研究背景01實驗方案實驗方案02結果與討論結果與討論03結論結論04提綱：研究背景123相對于常用作p層材料的非晶硅碳（a-SiC:H），nc-Si:H具有低的光吸收系數(shù)以及高導電性1。A.M. Al2報道了不同氫稀釋比（RH）下制備的nc-Si:H膜具有不同的晶粒大小。 Chen等人3研究發(fā)現(xiàn)nc-Si:H膜中晶相比隨溫度增加而增加。晶相比增加將促進大晶粒的形成。 我們實驗室4在高RH、高功率密度、高反應氣壓和低襯底溫度下制備出寬帶隙

2、的nc-Si:H薄膜 。p-nc-Si:H高電導(10-1101 S/cm)，低光吸收，避免C導致缺陷態(tài)相對于p-a-SiC:H， p-nc-Si:H作窗口層的優(yōu)點：Optical absorption of a p-c-Si : H layer (solid line) compared to a wide band gap p-a-SiC:H layer (dashed line)【 Sol. Energy Mater. Sol. Cells, 53 (1998) 45】. Dark conductivity, activation energy and preexponential fa

3、ctor as a function of dopant concentration for a-SiC:H films deposited with different CH4 flow rates, boron and phosphorus implanted.【 Thin Solid Films.265(1995)113 】.高電導高電導低光吸收低光吸收nc-Si:H 薄膜的光學帶隙變化趨勢nc-Si:H薄膜中晶粒尺寸隨氫稀釋比增加而降低Thin Solid Films, 437 (2003) 68-73Sol. Energy Mater. Sol. Cells, 92 (2008) 1

4、217-1223改變氫稀釋比來改變帶隙改變氫稀釋比來改變帶隙根據(jù)量子限制效應，光學帶隙隨晶粒尺寸增大而減小三爐電池p層沉積的氫稀釋比（RH）和襯底溫度樣品號氫稀釋比RH襯底溫度（）對應p層膜標記Cell.133.3150No.1Cell.2100150No.2Cell.310070No.3實驗：實驗P層單層膜電導 激活能 Raman HRTEM透射譜不同p層微晶硅電池I-V QE暗IV C-VRH=100, T= 70下制備p層膜的高分辨透射電鏡（HRTEM）圖像。右上角插圖為相應的電子衍射圖像。400450500550480 cm-1505.9 cm-1Raman shift (cm-1)I

5、ntensity (a.u) RH = 100513.4 cm-1P層單層膜微結構RH=100, T= 70下制備p層膜的拉曼譜三個nc-Si:H 薄膜的電學與光學特性樣品號暗電導(S/cm)激活能(eV)光學帶隙(eV)No.13.00.0211.80No.25.60.0201.88No.35.70.0241.99P層單層膜光電特性p層不同的三個電池的性能參數(shù)樣品號Voc(V)Jsc(mA/cm2)Eff(%)Cell.10.46114.294.42Cell.20.46617.785.02Cell.30.43816.454.79p層不同的三個電池的性能參數(shù)21202()rdCdVNqS -5

6、-4-3-2-100.10.20.30.40.50.6 Cell.1 Cell.2 Cell.3 C-2 (nF-2)voltage (V)Eg increased三個電池的C-2-V關系曲線電池的C-V特性：4005006007008009000.00.20.40.60.81.0 Cell.1 Cell.2 Cell.3Eg increased QEwavelength (nm)三個電池對應的量子效率（QE）曲線電池的量子效率特性：EgEapEann-uc-Si:Hi-uc-Si:Hp-nc-Si:HEFqVbi微晶硅電池能帶示意圖電池的內建電勢 樣品號Vbi（V）Cell.11.73Cel

7、l.21.81Cell.31.92bigapanqV =E -E -E微晶硅電池能帶圖0.00.10.20.30.40.50481216202428 Voc=0.47 VJsc=24.33 mA/cm2FF=0.58Eff=6.63%JSC (mA/cm2)voltage (V)p層為RH=100, T= 150 下沉積的微晶硅電池的IV特性 加ZnO/Ag背反電極的微晶硅電池效率 結論：123氫稀釋比越高，沉積溫度越低，p層nc-Si:H光學帶隙越大。寬的P層帶隙提高電池的內建電勢，有利于改進Voc；但p層帶隙過大將增大i/p界面處的能帶失配，導致較大的缺陷態(tài)密度，這將影響內建場的分布，從而降低Jsc，同時高缺陷態(tài)也將限