p层带隙对微晶硅太阳能电池性能的影响(刘石勇)

, , , , , ,*,p,层带隙对微晶硅太阳能电池性能的影响,刘石勇,曾湘波,彭文博,姚文杰,谢小兵,王超,王占国,中国科学院半导体研究所,研究背景,01,实验方案,02,结果与讨论,03,结论,04,提纲：,研究背景,1,2,3,相对于常用作,p,层材料的非晶硅碳（,a-,SiC:H,），,nc-Si:H,具有低的光吸收系数以及高导电性,1,。,A.M. Al2,报道了不同氢稀释比（,RH,）下制备的,nc-Si:H,膜具有不同的晶粒大小。,Chen,等人,3,研究发现,nc-Si:H,膜中晶相比随温度增加而增加。晶相比增加将促进大晶粒的形成。,我们实验室,4,在高,R,H,、高功率密度、高反应气压和低衬底温度下制备出宽带隙的,nc-Si:H,薄膜 。,p-,nc-Si:H,高电导,(10,-1,10,1,S/cm),，,低光吸收，避免,C,导致缺陷态,相对于,p-a-SiC:H,，,p-,nc-Si:H,作窗口层,的优点：,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 factor 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,】.,高电导,低光吸收,nc-Si:H,薄膜的光学带隙变化趋势,nc-Si:H,薄膜中晶粒尺寸随氢稀释比增加而降低,Thin Solid Films, 437 (2003) 68-73,Sol. Energy Mater. Sol. Cells, 92 (2008) 1217-1223,改变氢稀释比来改变带隙,根据量子限制效应，光学带隙随晶粒尺寸增大而减小,三炉电池,p,层沉积的氢稀释比,（,R,H,）,和衬底温度,样品号,氢稀释比,R,H,衬底温度（,）,对应,p,层膜标记,Cell.1,33.3,1,50,No.1,Cell.2,100,150,No.2,Cell.3,1,00,70,No.3,实验：,实验,P,层,单层膜,电导 激活能,Raman HRTEM,透射谱,不同,p,层微晶硅电池,I-V QE,暗,IV C-V,RH=100, T= 70,下制备,p,层膜的高分辨透射电镜（,HRTEM,）图像。右上角插图为相应的电子衍射图像。,P,层单层膜微结构,RH=100, T= 70,下制备,p,层膜的拉曼谱,三个,nc-Si:H,薄膜的电学与光学特性,样品号,暗电导,(S/cm),激活能,(,eV,),光学带隙,(,eV,),No.1,3.0,0.021,1.80,No.2,5.6,0.020,1.88,No.3,5.7,0.024,1.99,P,层单层膜光电特性,p,层不同的三个电池的性能参数,样品号,Voc,(V),Jsc,(mA/cm,2,),Eff,(%),Cell.1,0.461,14.29,4.42,Cell.2,0.466,17.78,5.02,Cell.3,0.438,16.45,4.79,p,层不同的三个电池的性能参数,三个电池的,C,-2,-V,关系曲线,电池的,C-V,特性：,三个电池对应的,量子效率（,QE,）曲线,电池的量子效率特性：,微晶硅电池能带示意图,电池的内建电势,样品号,Vbi,（,V,）,Cell.1,1.73,Cell.2,1.81,Cell.3,1.92,微晶硅电池能带图,p,层为,RH=100, T= 150 ,下沉积的微晶硅电池的,IV,特性,加,ZnO,/Ag,背反电极的微晶硅电池效率,结论：,1,2,3,氢稀释比越高，沉积温度越低，,p,层,nc-Si:H,光学带隙越大。,宽的,P,层带隙提高电池的内建电势，有利于改进,Voc,；但,p,层带隙过大将增大,i/p,界面处的能带失配，导致较大的缺陷态密度，这将影响内建场的分布，从而降低,Jsc,，同时高缺陷态也将限制,Voc,。因而适中的,p,层带隙将兼顾,Voc,、,Jsc,，有利于提高电池的性能。,我们在,RH=100, T= 150 ,条件下制备的薄膜具有良好的导电性、适中的光学带隙。将之作为,nip,微晶硅电池中的,p,层材料，制备的电池具有较好的性能。,谢谢！,