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高压射频等离子体增强化学气相沉积制备高效率硅薄膜电池的若干关键问题研究

侯国付 薛俊明 袁育杰 张晓丹 孙建 陈新亮 耿新华 赵颖

高压射频等离子体增强化学气相沉积制备高效率硅薄膜电池的若干关键问题研究

侯国付, 薛俊明, 袁育杰, 张晓丹, 孙建, 陈新亮, 耿新华, 赵颖
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  • 报道了采用高压射频等离子体增强化学气相沉积(RF-PECVD) 制备高效率单结微晶硅电池和非晶硅/微晶硅叠层电池时几个关键问题的研究结果, 主要包括: 1)器件质量级本征微晶硅材料工艺窗口的确定及其结构和光电性能表征; 2)孵化层的形成机理以及减小孵化层的有效方法; 3)氢稀释调制技术对本征层晶化率分布及其对提高电池性能的作用; 4)高电导、高晶化率的微晶硅p型窗口层材料的获得, 及其对减小微晶硅电池p/i界面孵化层厚度和提高电池性能的作用等. 在解决上述问题的基础上, 采用高压RF-PECVD制备的单结微晶硅电池效率达8.16%, 非晶硅/微晶硅叠层电池效率11.61%.
    • 基金项目: 国家重点基础研究发展计划(批准号: 2011CBA00705, 2011CBA00706, 2011CBA00707)、国家高技术研究发展规划(批准号: 2009AA050602) 和江苏省微纳生物医疗器械设计与制造重点实验室开放基金(批准号: JSNBI201001)资助的课题.
    [1]

    Shan A V, Schade H, Vanecek M, Meier J, Vallat-Sauvain E,Wyrsch N, Kroll U, Droz C, Bailat J 2004 Prog. Photovolt. Res.Appl. 12 113

    [2]

    Mai Y, Klein S, Geng X, Finger F 2004 Appl. Phys. Lett. 85 2839

    [3]

    Li H, Franken R H, Stolk R L, van derWerf C H M, Schuttauf J A,Rath J K, Schropp R E I 2007 Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 989A18.3

    [4]

    Nasuno Y, Kondo M, Matsuda A 2001 Jpn. J. Appl. Phys. 40 L303

    [5]

    Sansonnens L, Schmidt H, Howling A, Hollenstein Ch, Ellert Ch,Buechel A 2006 J. Vac. Sci. Technol. A 24 1425

    [6]

    Hrunski H, Scheib M, Mertz M, Schroeder B 2009 Thin SolidFilms 517 3370

    [7]

    Guo L H, Kondo M, Fukawa M, Saitoh K, Matsuda A, 1998 Jpn.J. Appl. Phys. 37 L1116

    [8]

    Kluth O, Rech B, Houben L, Wieder S, Schöpe G, Beneking C,Wagner H, Löffl A, Schock H W 1999 Thin Solid Films 351 247

    [9]

    Chen X L, Xu B H, Xue J M, Zhao Y, Wei C C, Sun J, Wang Y,Zhang X D, Geng X H 2007 Thin Solid Films 515 3753

    [10]

    Hou G F, Xue J M, Yuan Y J, Sun J, Zhao Y, Geng X H 2007Science in China Ser. G: Phys. Mech. & Astron. 50 731

    [11]

    Hou G F, Xue J M, Sun J, Guo Q C, Zhang D K, Ren H Z, ZhaoY, Geng X H, Li Y G 2007 Aata Phys. Sin. 56 1177 (in Chinese) [侯国付, 薛俊明, 孙建, 郭群超, 张德坤, 任慧志, 赵颖,耿新华, 李乙钢 2007 物理学报 56 1177]

    [12]

    Hou G F, Guo Q C, Wang Y, Xue J M, Ren H Z, Sun J, Zhang XD, Zhao Y, Geng X H, Li Y G 2005 J. Synthetic Crystals 34 999(in Chinese) [侯国付, 郭群超, 王岩, 薛俊明, 任慧志, 孙建, 张晓丹,赵颖, 耿新华, 李乙钢 2005 人工晶体学报 34 999]

    [13]

    Hou G F, Xue J M, Guo Q C, Sun J, Zhao Y, Geng X H, Li Y G2007 Chin. Phys. 16 553

    [14]

    Han X Y, Hou G F, Li G J, Zhang X D, Yuan Y J, Zhang D K,Chen X L, Wei C C, Sun J, Zhao Y, Geng X H 2008 Acta Phys.Sin. 57 5284 (in Chinese) [韩晓艳, 侯国付, 李贵君, 张晓丹,袁育杰, 张德坤, 陈新亮, 魏长春, 孙健, 耿新华 2008 物理学报 57 5284]

    [15]

    Hou G F, Xue J M, Yuan Y J, Zhang D K, Sun J, Zhang J J, ZhaoY, Geng X H 2007 J. Synthetic Crystals 36 85 (in Chinese) [侯国付, 薛俊明, 袁育杰, 张德坤, 孙 建, 张建军, 赵颖,耿新华 2007 人工晶体学报 36 85]

    [16]

    Yan B, Yue G, Yang J, Yang J, Guha S, Williamson D L, Jiang C2004 Appl. Phys. Lett. 85 1955

  • [1]

    Shan A V, Schade H, Vanecek M, Meier J, Vallat-Sauvain E,Wyrsch N, Kroll U, Droz C, Bailat J 2004 Prog. Photovolt. Res.Appl. 12 113

    [2]

    Mai Y, Klein S, Geng X, Finger F 2004 Appl. Phys. Lett. 85 2839

    [3]

    Li H, Franken R H, Stolk R L, van derWerf C H M, Schuttauf J A,Rath J K, Schropp R E I 2007 Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 989A18.3

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    [6]

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    [7]

    Guo L H, Kondo M, Fukawa M, Saitoh K, Matsuda A, 1998 Jpn.J. Appl. Phys. 37 L1116

    [8]

    Kluth O, Rech B, Houben L, Wieder S, Schöpe G, Beneking C,Wagner H, Löffl A, Schock H W 1999 Thin Solid Films 351 247

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    Hou G F, Xue J M, Sun J, Guo Q C, Zhang D K, Ren H Z, ZhaoY, Geng X H, Li Y G 2007 Aata Phys. Sin. 56 1177 (in Chinese) [侯国付, 薛俊明, 孙建, 郭群超, 张德坤, 任慧志, 赵颖,耿新华, 李乙钢 2007 物理学报 56 1177]

    [12]

    Hou G F, Guo Q C, Wang Y, Xue J M, Ren H Z, Sun J, Zhang XD, Zhao Y, Geng X H, Li Y G 2005 J. Synthetic Crystals 34 999(in Chinese) [侯国付, 郭群超, 王岩, 薛俊明, 任慧志, 孙建, 张晓丹,赵颖, 耿新华, 李乙钢 2005 人工晶体学报 34 999]

    [13]

    Hou G F, Xue J M, Guo Q C, Sun J, Zhao Y, Geng X H, Li Y G2007 Chin. Phys. 16 553

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    Han X Y, Hou G F, Li G J, Zhang X D, Yuan Y J, Zhang D K,Chen X L, Wei C C, Sun J, Zhao Y, Geng X H 2008 Acta Phys.Sin. 57 5284 (in Chinese) [韩晓艳, 侯国付, 李贵君, 张晓丹,袁育杰, 张德坤, 陈新亮, 魏长春, 孙健, 耿新华 2008 物理学报 57 5284]

    [15]

    Hou G F, Xue J M, Yuan Y J, Zhang D K, Sun J, Zhang J J, ZhaoY, Geng X H 2007 J. Synthetic Crystals 36 85 (in Chinese) [侯国付, 薛俊明, 袁育杰, 张德坤, 孙 建, 张建军, 赵颖,耿新华 2007 人工晶体学报 36 85]

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  • [1] 郑新霞, 张晓丹, 杨素素, 王光红, 许盛之, 魏长春, 孙建, 耿新华, 熊绍珍, 赵颖. 单室沉积非晶硅/非晶硅/微晶硅三叠层太阳电池的研究. 物理学报, 2011, 60(6): 068801. doi: 10.7498/aps.60.068801
    [2] 袁育杰, 侯国付, 薛俊明, 韩晓艳, 刘云周, 杨兴云, 刘丽杰, 董 培, 赵 颖, 耿新华. 微晶硅n-i-p太阳电池中n型掺杂层对本征层结构特性的影响. 物理学报, 2008, 57(6): 3892-3897. doi: 10.7498/aps.57.3892
    [3] 方家, 李双亮, 许盛之, 魏长春, 赵颖, 张晓丹. 高速微晶硅薄膜沉积过程中的等离子体稳态研究. 物理学报, 2013, 62(16): 168103. doi: 10.7498/aps.62.168103
    [4] 郭群超, 耿新华, 孙 建, 魏长春, 韩晓艳, 张晓丹, 赵 颖. 气体滞留时间对高速沉积的微晶硅薄膜性能的影响分析. 物理学报, 2007, 56(5): 2790-2795. doi: 10.7498/aps.56.2790
    [5] 孙福河, 张晓丹, 王光红, 许盛之, 岳强, 魏长春, 孙建, 耿新华, 熊绍珍, 赵颖. 硼对沉积本征微晶硅薄膜特性的影响. 物理学报, 2009, 58(2): 1293-1297. doi: 10.7498/aps.58.1293
    [6] 杨瑞霞, 侯国付, 袁育杰, 赵颖, 卢鹏. n型掺杂层结构对n-i-p型微晶硅电池性能和光致衰退特性的影响. 物理学报, 2010, 59(6): 4330-4336. doi: 10.7498/aps.59.4330
    [7] 李天微, 刘丰珍, 朱美芳. 射频激发热丝化学气相沉积制备硅薄膜过程中光发射谱的研究. 物理学报, 2011, 60(1): 018103. doi: 10.7498/aps.60.018103
    [8] 侯国付, 薛俊明, 孙 建, 郭群超, 张德坤, 任慧志, 赵 颖, 耿新华, 李乙钢. 高压PECVD技术沉积硅基薄膜过程中硅烷状态的研究. 物理学报, 2007, 56(2): 1177-1181. doi: 10.7498/aps.56.1177
    [9] 郜小勇, 李 瑞, 陈永生, 卢景霄, 刘 萍, 冯团辉, 王红娟, 杨仕娥. 微晶硅薄膜的结构及光学性质的研究. 物理学报, 2006, 55(1): 98-101. doi: 10.7498/aps.55.98
    [10] 张勇, 刘艳, 吕斌, 王基庆, 张红英, 汤乃云. 前端接触势垒高度对非晶硅和微晶硅异质结太阳电池的影响. 物理学报, 2009, 58(4): 2829-2835. doi: 10.7498/aps.58.2829
    [11] 彭文博, 刘石勇, 肖海波, 张长沙, 石明吉, 曾湘波, 孔光临, 俞育德, 徐艳月. 微晶硅薄膜带隙态及微结构的研究. 物理学报, 2009, 58(8): 5716-5720. doi: 10.7498/aps.58.5716
    [12] 张晓丹, 赵 颖, 朱 锋, 魏长春, 吴春亚, 高艳涛, 侯国付, 孙 建, 耿新华, 熊绍珍. VHF-PECVD低温制备微晶硅薄膜的拉曼散射光谱和光发射谱研究. 物理学报, 2005, 54(1): 445-449. doi: 10.7498/aps.54.445
    [13] 余云鹏, 林璇英, 林舜辉, 黄 锐. 光照和偏压对微晶硅薄膜室温电导的影响. 物理学报, 2006, 55(4): 2038-2043. doi: 10.7498/aps.55.2038
    [14] 丁艳丽, 朱志立, 谷锦华, 史新伟, 杨仕娥, 郜小勇, 陈永生, 卢景霄. 沉积速率对甚高频等离子体增强化学气相沉积制备微晶硅薄膜生长标度行为的影响. 物理学报, 2010, 59(2): 1190-1195. doi: 10.7498/aps.59.1190
    [15] 张晓丹, 赵 颖, 高艳涛, 朱 锋, 魏长春, 孙 建, 王 岩, 耿新华, 熊绍珍. 甚高频等离子体增强化学气相沉积制备微晶硅太阳电池的研究. 物理学报, 2005, 54(4): 1899-1903. doi: 10.7498/aps.54.1899
    [16] 何素明, 戴珊珊, 罗向东, 张波, 王金斌. 等离子体增强化学气相沉积工艺制备SiON膜及对硅的钝化. 物理学报, 2014, 63(12): 128102. doi: 10.7498/aps.63.128102
    [17] 曾湘波, 王 博, 戴松涛, 廖显伯, 刁宏伟, 向贤碧, 常秀兰, 徐艳月, 胡志华, 郝会颖, 孔光临. 等离子体增强化学气相沉积法实现硅纳米线掺硼. 物理学报, 2004, 53(12): 4410-4413. doi: 10.7498/aps.53.4410
    [18] 叶超, 宁兆元, 程珊华, 康健. 微波电子回旋共振等离子体增强化学气相沉积法沉积氟化非晶碳薄膜的研究. 物理学报, 2001, 50(4): 784-789. doi: 10.7498/aps.50.784
    [19] 刘湘娜, 吴晓薇, 鲍希茂, 何宇亮. 用等离子体增强化学汽相沉积方法制备纳米晶粒硅薄膜光致发光. 物理学报, 1994, 43(6): 985-990. doi: 10.7498/aps.43.985
    [20] 郭晓旭, 朱美芳, 刘金龙, 韩一琴, 许怀哲, 韩和相, 董宝中, 生文君. 高氢稀释制备微晶硅薄膜微结构的研究. 物理学报, 1998, 47(9): 1542-1547. doi: 10.7498/aps.47.1542
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出版历程
  • 收稿日期:  2011-03-30
  • 修回日期:  2011-06-25
  • 刊出日期:  2012-03-05

高压射频等离子体增强化学气相沉积制备高效率硅薄膜电池的若干关键问题研究

  • 1. 南开大学光电子薄膜器件与技术研究所, 光电信息技术科学教育部重点实验室, 光电子薄膜器件与技术天津市重点实验室, 天津 300071
    基金项目: 

    国家重点基础研究发展计划(批准号: 2011CBA00705, 2011CBA00706, 2011CBA00707)、国家高技术研究发展规划(批准号: 2009AA050602) 和江苏省微纳生物医疗器械设计与制造重点实验室开放基金(批准号: JSNBI201001)资助的课题.

摘要: 报道了采用高压射频等离子体增强化学气相沉积(RF-PECVD) 制备高效率单结微晶硅电池和非晶硅/微晶硅叠层电池时几个关键问题的研究结果, 主要包括: 1)器件质量级本征微晶硅材料工艺窗口的确定及其结构和光电性能表征; 2)孵化层的形成机理以及减小孵化层的有效方法; 3)氢稀释调制技术对本征层晶化率分布及其对提高电池性能的作用; 4)高电导、高晶化率的微晶硅p型窗口层材料的获得, 及其对减小微晶硅电池p/i界面孵化层厚度和提高电池性能的作用等. 在解决上述问题的基础上, 采用高压RF-PECVD制备的单结微晶硅电池效率达8.16%, 非晶硅/微晶硅叠层电池效率11.61%.

English Abstract

参考文献 (16)

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