第六章 -非晶硅薄膜及其太阳电池技术1-非晶硅薄膜材料.pdf

光伏物理与太阳电池技术 光伏学院/南昌大学 黄海宾，孙喜莲 haibinhuang@ncu.edu.cn 第六章非晶硅薄膜及其太阳电池技术 1－非晶硅薄膜材料 南昌大学/光伏学院 六、非晶硅薄膜与太阳电池器件 光伏学院/南昌大学  非晶硅薄膜的基本性质  等离子体化学气相沉积制备非晶硅薄膜  非晶硅薄膜的掺杂  非晶硅薄膜中的氢  非晶硅薄膜合金 光伏学院/南昌大学 为了减少太阳电池硅材料的用量，一方面，将硅片做 的尽量的薄；另一方面，人们希望利用沉积在廉价衬 底上的薄膜硅材料，非晶硅就是其中最重要的一种。 20世纪60年代，人们就开始了对非晶硅的基础研究 70年代非晶硅就开始用于太阳能光电材料 1976年D.E. Carlson等首先报道 了非晶硅薄膜制备的 太阳电池，效率为2.4%，很快光电效率增加到4% 。 现在，非晶硅薄膜太阳电池已经发展成为实用廉价的 太阳电池品种之一，具有相当的工业规模。 非晶硅只有薄膜材料，没有固体材料。所以非晶硅一 般指薄膜非晶硅 光伏学院/南昌大学 吸收系数更大，比晶体硅更有 效的吸收光子。 与单晶硅相比，非晶硅薄膜具 有制备工艺简单、成本低且可 大面积连续生产的优点。 光伏学院/南昌大学  在太阳电池领域，其优点具体表现为以下几点： 材料和制造成本低：衬底廉价、薄膜厚度小、低温制备能耗小。 易于形成大规模的生产能力 多品种和多用途：在制备过程中只有改变原材料的气相成分或 气体流量，便可使非晶硅薄膜改性，制备出新型太阳电池结构；并 且根据器件功率、输出电压和输出电流的要求，可以自由设计制造， 方便的制造出适合不同需求的多种产品 易实现柔性电池  但与晶体硅相比，非晶硅薄膜太阳电池的效率相对较低； 有光致衰减。  要改善非晶硅薄膜太阳电池的效率，一是要改善材料的性 能；二是要改善太阳电池的设计。 非晶硅薄膜的基本性质 光伏学院/南昌大学  非晶硅的原子结构特征 非晶硅的基本特征是原子排列的 特殊性，呈现短程有序、长程无 序的特点，是一种共价无规的网 络原子结构。 对于一个单独的硅原子，其周围 与单晶硅中的硅原子一样，有四 个硅原子组成共价键，在起邻近 的原子也有规则的排布，但更远 一些的硅原子，其排列就没有规 律。 非晶硅薄膜的基本性质 光伏学院/南昌大学  非晶硅的能带结构  由于非晶硅的原子排列与晶体硅不同，其能带结构也有所变 化。非晶硅原子结构是长程无序，使得晶体的能带理论不能 简单的直接的应用于非晶硅薄膜半导体上，需要做一些修正。 关于非晶硅半导体的能带理论，多年来人们已经做了相当多 的研究，但仍存在争议。 20世纪70年代初，N.F. Mott和合作者先后提出了Mo