【摘 要】
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晶体硅太阳能技术是目前最成熟的光伏技术,市场占有率达到了90%以上,但是硅/金属界面的载流子复合以及界面电阻损失,仍然制约着电池效率的进一步提升。近年来,免掺杂硅异质结电池成为研究热点,为与硅的能带匹配,一般选用高功函数材料作为空穴传输层、低功函数材料作为电子传输层,避免了常规晶体硅电池掺杂引起的效率损失,使电池潜在效率更高（28%）;此外,选择性接触材料可采用更为广泛的金属化合物材料体系,制备工
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晶体硅太阳能技术是目前最成熟的光伏技术,市场占有率达到了90%以上,但是硅/金属界面的载流子复合以及界面电阻损失,仍然制约着电池效率的进一步提升。近年来,免掺杂硅异质结电池成为研究热点,为与硅的能带匹配,一般选用高功函数材料作为空穴传输层、低功函数材料作为电子传输层,避免了常规晶体硅电池掺杂引起的效率损失,使电池潜在效率更高（28%）;此外,选择性接触材料可采用更为广泛的金属化合物材料体系,制备工艺可拓展到蒸发、溶液涂布等多种更简单的方法,使工艺成本进一步降低。本文选用新型碳族化合物—TiCxOy作为电子传输材料,利用电子束蒸发法制备TiCxOy电子传输薄膜,分析了其化学组分、晶体结构等材料性质,并研究了其与n型硅形成的异质结能带结构和电输运性质,制备了n型硅异质结电池。主要研究内容分为以下几个部分:（1）TiCxOy薄膜具有非晶相为主、少量晶化相的混合相结构,约4.1 e V的低功函数和2.63 e V的宽带隙,可实现对电子的零势垒传输和对空穴的高势垒（1.64 e V）阻挡;TiCxOy/n-Si异质接触可获得17.74 mΩ·cm~2的低接触电阻率,实现了对电子的选择性输运功能。（2）制备的TiCxOy薄膜用作n型硅异质结电池的全背表面电子传输层时,太阳电池的开路电压和填充因子都有显著提高,最优电池的绝对效率提高了3.73%,实现了16.87%的电池转化效率。（3）系统研究了不同功函数的金属电极（Mg、Al、Ag）对电池性能的影响。金属电极功函数的降低,有利于与n-Si形成良好的欧姆接触,可以提高电池的转化效率。研究发现,Mg与n型硅的接触电阻率最小（32 mΩ·cm~2）,在插入碳氧化钛层后接触电阻率会有明显的下降（约20 mΩ·cm~2左右）。（4）研究了插入氧化钛钝化层对接触电阻率以及电池性能的影响。我们发现,加入氧化钛后,其对硅衬底表面的钝化效果有明显提升,且n-Si与Ti Ox和TiCxOy这种叠层的异质结构的接触电阻率最低（12.62 mΩ·cm~2）。Ti Ox/TiCxOy双层结构导致短路电流密度和电池效率有所提高,填充因子有所降低;而电池开路电压没有增加。采用TiCxOy和Ti Ox双层电子传输结构,可获得17.11%的电池转化效率。
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