【摘 要】
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非晶硅/晶体硅异质结（HAC）太阳电池具有高光电转换效率、工艺简单、重复性好和低成本等优点,因此成为当前研究热点。热丝化学气相沉积（HWCVD）具有载板无电位、无等离子体轰击、生成的基团呈辐射状发散、工艺易控制、成本低等优点。目前,对于HWCVD法制备的HAC太阳电池中IP（即I层为本征钝化层和P层为发射极）复合非晶硅膜层的性能研究过少。为针对性把握HAC太阳电池的制备技术方向,研究薄膜微结构与电
【基金项目】
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科技部国家重点研发计划（2018YFB1500403）项目；
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非晶硅/晶体硅异质结（HAC）太阳电池具有高光电转换效率、工艺简单、重复性好和低成本等优点,因此成为当前研究热点。热丝化学气相沉积（HWCVD）具有载板无电位、无等离子体轰击、生成的基团呈辐射状发散、工艺易控制、成本低等优点。目前,对于HWCVD法制备的HAC太阳电池中IP（即I层为本征钝化层和P层为发射极）复合非晶硅膜层的性能研究过少。为针对性把握HAC太阳电池的制备技术方向,研究薄膜微结构与电池性能的关联,本文对IP复合非晶硅膜层的结构设计及HWCVD制备工艺进行了研究,分析了本征钝化膜层和P型复合发射极层的薄膜微结构对电池光电性能的影响。主要结果如下:1、当本征复合膜层采用两层结构设计时,第一层作为超薄钝化层,更有效地钝化硅片表面悬挂键,第二层主要提供氢原子,作为本征层与掺杂层薄膜之间的缓冲层,有效钝化界面层,提高HAC太阳电池的光电转换效率。该双层薄膜最优厚度分别为～0.46 nm和～6.57 nm,效率最高为22.73%。研究了CO2气体流量对HAC太阳电池性能的影响,结果表明,第一层薄膜制备过程中,按流量梯度增加CO2气体通入量,能改善HAC太阳电池的少子寿命和光谱响应;当CO2/SiH4=0.2时,HAC太阳电池中IP面的电流损失最小为8.11 m A/cm~2。将本征复合膜层结构设计为三层时,在制备第一、二层薄膜过程中均通入CO2气体,且气体流量均为2.4 sccm时,短路电流密度增大,HAC太阳电池效率提高0.3%。2、研究了本征复合膜层的制备工艺参数如:沉积温度、氢处理、热丝电流等对HAC太阳电池光电转换效率的影响。结果表明,双层本征复合膜层中第一、二层厚度分别为～0.57 nm、～4.54 nm,且沉积温度为250℃时,微结构因子R最小为0.54,SiH键活性基团最多,本征复合膜层的质量最佳,载流子传输能力最强,电池效率最高为23.45%。本征复合膜层结构设计为三层结构时,第一、二、三层厚度分别为～0.31 nm、～1.39 nm、～4.93 nm,利用氢气对硅片进行钝化处理40 s,制备的电池少子寿命最长为5648μs,最大输出功率为5.72 W,电池效率为23.43%。3、P型发射极（即P型掺杂非晶硅薄膜）采用双层浅/重掺杂层结构设计,以与钝化层和TCO层形成更好的界面接触,同时形成PN结,优化制备工艺参数如沉积温度、氢处理、热丝电流等,获得了性能良好的P型发射层和HAC太阳电池。结果显示,当浅/重掺杂层薄膜厚度分别为～2.27 nm、～2.27 nm,沉积温度为260℃时,制备的电池获得最大光电转换效率(Eff)为23.91%。优化氢处理本征复合非晶硅薄膜时间为80 s时,获得SiH键活性基团占比高,钝化性能最好,少子寿命达5075μs,沉积P型发射极的膜层厚度分别为～2 nm和～2.39 nm,所得电池效率为22.49%。优化热丝电流为30 A,P型发射极中浅/重掺杂层薄膜厚度分别为～1.86 nm、～2.23 nm时,获得电池光电转换效率最佳为22%,填充因子最高为77.37%。4、整合并优化工艺参数,获得IP最佳结构设计,即本征复合膜层采用三层结构设计,P型发射极采用双层浅/重掺杂层结构设计。本课题组最终制备出面积为156.75×156.75 mm~2的HAC太阳电池,其光电转换效率Eff为24.61%(其中:Voc为743.3 m V,FF为83.91%,Jsc为39.46 m A/cm~2)
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