用于HIT太阳能电池的非晶硅薄膜制备与性能研究

采用射频等离子体增强化学气相沉积技术(RF-PECVD),在不同硅烷浓度下制备本征非晶硅薄膜,研究薄膜材料的微结构和光电性能.研究表明,在硅烷浓度为5;时,制备的薄膜材料处于非晶/微晶相过渡区域,具有宽光学带隙、低吸收系数、较高电导率和较好的致密性.作为钝化层应用到HIT太阳电池中,具有良好的钝化效果,在n型单晶硅衬底上制备出了效率为13.92;的太阳电池.     

射频溅射功率对ZnO透明导电薄膜光电性能的影响

采用磁控溅射技术在不同溅射功率下制备了ZnO薄膜.研究了薄膜的沉积速率、光电特性以及不同功率条件下制备的ZnO薄膜对HIT电池开路电压的影响.结果表明:在溅射功率为200 W时制备的薄膜,具有良好的导电性和光透过性;将其应用到HIT电池中,得到的开路电压最高.该研究对提高HIT电池性能具有一定的参考意义.     

用于HIT太阳能电池的ITO薄膜制备与性能研究

采用中频脉冲磁控溅射工艺制备ITO薄膜,研究了衬底温度和溅射功率对薄膜性能的影响.通过对二者的优化,获得了方阻为2.99Ω/□,电阻率为1.76×10-4Ω·cm,可见光波段(400～800 nm)平均透过率为82.3;的ITO薄膜.将优化后的薄膜用于电池上,制出了转化效率为14.04;的HIT太阳能电池.     

中频对向靶磁控溅射制备超薄ZnO薄膜及其在太阳电池中的应用

中频溅射制备ZnO薄膜可改善射频磁控溅射方式中沉积速率过慢的缺点.对于多层薄膜的制备,对向靶的设计可使样品避开等离子体直接轰击,减少基底薄膜的损伤.本文采用这项技术制备厚度约为50nm的ZnO薄膜,通过调整工作压强、溅射功率、氧氩比等工艺条件,制备出均匀致密,结晶质量高,电阻率在102～103Ω·cm之间,可见光区透过率达到90;的ZnO薄膜.将其应用到CIGS太阳电池中发现,具有50nm厚度的ZnO层的CIGS太阳电池的性能较无ZnO层的太阳电池都有了很大提高.     

n型衬底上双面HIT太阳电池背场的模拟优化

采用美国滨州大学研发的AMPS-1D软件,模拟了背场对TCO/a-Si∶ H(p+)/a-Si∶ H(i)/c-Si(n) /a-Si∶ H(i) /a-Si∶ H(n+)/TCO双面HIT异质结太阳电池光伏特性的影响.结果表明在背场掺杂浓度NB≥1×1018cm-3时,带隙在1.60～ 1.92 eV范围内的宽带隙薄膜硅材料比较适合作为双面HIT太阳电池的背场.模拟中还发现,背场n+层掺杂浓度对太阳电池性能的影响要受到该层隙间态密度的制约,隙间态密度越大,则对背场掺杂浓度的要求越高.     

单质靶溅射制备CZTS薄膜及太阳电池

采用单质靶磁控溅射制备Cu2ZnSnS4 (CZTS)薄膜,研究了薄膜的元素组分、升温速率、硫化温度对薄膜表面平整性以及晶粒尺寸的影响.通过SEM与AFM表征薄膜的表面形貌与表面粗糙度,用EDS检测薄膜的元素组分.所制备的样品的Cu/(Zn+ Sn)、Zn/Sn处于最优范围.通过XRD及Raman检测薄膜的结晶情况以及薄膜中的二次相,经上述测试分析判定CZTS薄膜品质良好.最终制备出以CZTS为吸收层的薄膜太阳电池,并用Ⅰ～V特性检验了CZTS电池性能参数,得到效率为0.83;的CZTS薄膜太阳电池,并通过改进硫化退火工艺将效率提高至1.58;.     

硅异质结电池界面处理关键工艺的研究

薄膜硅/晶体硅异质结(HIT)太阳电池是界面器件,其界面性质直接决定器件的性能.本文采用简化的RCA清洗并结合氧化膜保护工艺对硅片进行前期处理;采用等离子体增强化学气相沉积技术(PECVD)制备薄膜硅/晶体硅异质结;通过光发射谱(OES)研究了PECVD在不同的匹配速度下起辉基元浓度随时间的变化,证实了基元浓度的不稳定对电池界面性质有一定的影响;分析了退火工艺对异质结的界面特性的影响,在10-4 Pa量级的背景真空和200℃下进行退火,可显著提高电池开路电压Voc和填充因子FF.本文结果表明:硅片前期处理的氧化膜保护工艺及后退火处理,皆可明显地改善HIT电池的界面性质、提高电池的转换效率.     

SnCl4醇水溶液制备SnO2电子传输层及其在钙钛矿太阳电池中的应用

二氧化锡因其具有高透过率及高电子迁移率已被广泛应用于钙钛矿太阳电池中作为电子传输层.本文采用无水SnCl4作为锡源前驱,乙醇作为溶剂,水作为氧化剂,通过SnCl4的水解反应制备了SnO2电子传输薄膜.研究发现改变溶液中水的比例,可以调控SnO2薄膜的形貌及光电性能.通过制备工艺优化、将其作为电子传输层最终获得了效率高达17.38;的平面钙钛矿太阳电池.     

原子层沉积二氧化钛薄膜对钙钛矿太阳电池性能的影响

电子传输层是钙钛矿太阳电池的重要组成部分.采用原子层沉积的方法制备二氧化钛薄膜,并将其作为电子传输层制备了平面钙钛矿太阳电池.系统研究了二氧化钛薄膜厚度和退火温度对钙钛矿太阳电池性能的影响.研究结果表明,TiO2的沉积速率约为0.41 ?/cycle,13 nm左右的二氧化钛薄膜能够获得较好的电池性能;后期退火改善了TiO2薄膜的光学和电学性能,但是退火产生的微小裂纹限制了电池的性能,因此,选择90 ℃退火条件下制 备的二氧化钛.最终利用原子层沉积制备的TiO2得到了17.1;的电池效率.     

氨水浓度对化学水浴法制备CdS缓冲层及CZTSe电池性能的影响

主要研究了化学水浴法沉积CdS薄膜中氨水浓度对薄膜材料特性的影响.通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和分光光度计(UV-Vis)等测试手段对制备的CdS薄膜的结构和光学特性进行了分析.结果表明:不同的氨水浓度条件下均得到立方相CdS薄膜,薄膜沿(111)面择优取向生长.随着氨水浓度增加时CdS薄膜表面逐渐变得致密光滑,CdS薄膜的透过率增强和带隙变宽.在氨水浓度为0.10 mol/L时制备出材料特性最佳的CdS薄膜,其表面紧凑致密无针孔,颗粒大小均匀,将其应用于CZTSe薄膜太阳电池中的缓冲层材料,得到光电转化效率为3.12;的CZTSe薄膜太阳电池(该电池未经任何后硒化处理工艺).     

CuSCN空穴传输层工艺对钙钛矿电池性能的影响

采用溶液法制备了硫氰酸亚铜(CuSCN)薄膜,并将其作为空穴传输层制备了平面n-i-p型钙钛矿太阳电池.系统考察了CuSCN薄膜退火温度、旋涂转速对钙钛矿太阳电池性能的影响.研究结果表明,CuSCN薄膜在70 ℃下退火10 min可以获得较好的电池性能;在此基础上通过调整旋涂转速至2000 r/min,控制CuSCN薄膜厚度约为240 nm,电池性能获得了进一步的提升,电池效率可达11.77;.该研究结果表明,CuSCN材料是一种有潜力的、低成本高性能无机空穴传输材料.     

铜蒸发温度对共蒸发法制备Cu2ZnSnSe4太阳电池的影响

由于Cu元素的含量对Cu2ZnSnSe4(CZTSe)化合物的薄膜性质及电池性能都有影响,本文主要研究了不同铜蒸发温度对CZTSe薄膜性质及电池性能的影响.研究表明:当铜蒸发温度较低时(1400 ℃),CZTSe薄膜中含有SnSe相,同时薄膜呈N型;随着铜蒸发温度的提高,CZTSe薄膜的结晶质量明显提升.但当铜蒸发温度过高时(1500 ℃),薄膜中含有CuxSey相.二次相SnSe与CuxSey的存在都会使电池失效.最终通过优化铜的蒸发温度,在较合适的1450 ℃ 铜蒸发温度条件下制备出效率为2.63;(有效面积0.34 cm2)的CZTSe太阳电池.     

HIT太阳电池衬底形貌修饰及其应用研究

在HIT太阳电池非晶硅沉积过程中,单晶硅衬底的绒面金字塔沟壑处易发生外延生长,影响电池输出性能.采用碱性体系(NaClO溶液)对硅片进行绒面形貌修饰,在NaOH的各向异性刻蚀和NaClO的氧化作用下,金字塔结构由尖锐的四面体向较圆滑的“锥形”转变,尤其金字塔底部变得平滑.随着形貌修饰时间的增加,样品表面平均反射率呈线性增大,从未修饰样品的12.48;升高至13.79;,钝化后硅片少子寿命显著提升,绒面形貌修饰有效改善了界面钝化质量,中长波外量子效率提升,从而实现电池电性能的提升.样品绒面形貌修饰45 min后,开路电压从656.3 mV升高至699.8 mV,转换效率提高1.8;.此外,研究了反应温度对表面形貌修饰及HIT太阳电池性能的影响,基于70℃、10; NaClO溶液、45 min的绒面修饰条件下制备的HIT太阳电池转换效率达到最高,为12.02;.     

预制层中Zn和ZnS对CZTS薄膜太阳电池的影响

采用磁控溅射后硫化的方法制备Cu2 ZnSnS4 (CZTS)薄膜,分别用Zn和ZnS作为锌源,在镀钼的钠钙玻璃衬底上以Zn(或ZnS)/Sn/Cu的顺序制备出不同的CZTS薄膜预制层.首先对预制层进行低温合金,然后以硫粉作为硫源进行高温硫化,得到CZTS薄膜.通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)及能谱仪(EDS)分别对所制备薄膜的晶体结构、表面形貌和薄膜组分进行分析表征;并用拉曼光谱表征了CZTS相的纯度.最后用CZTS薄膜制备了太阳电池,发现在预制层中以ZnS作为锌源得到的太阳电池有较高的性能参数,其开路电压:V =651 mV,短路电流密度:Jsc=11.4 mA/cm2,光电转换效率达到2.8;.     

退火温度和β-FeSi2薄膜厚度对n-β-FeSi2/p-Si异质结太阳电池的影响

本文采用室温直流磁控溅射Fe-Si组合靶的方法,并通过后续退火温度的优化得到了单一相高质量的β-FeSi2薄膜.结果表明,在本实验条件下得到的未掺杂的β-FeSi2薄膜在室温下是n型导电的,其电学特性存在一个退火温度的最优点:800 ℃.而且在这个最佳温度点上,在Si(111)衬底上外延得到的薄膜载流子迁移率比在Si(100)上高出了一倍多.在上述研究的基础上,采用p-Si(111)单晶片作为外延生长β-FeSi2薄膜的衬底,并通过退火温度和薄膜厚度的优化制备出了国内第一个n-β-FeSi2/p-Si异质结太阳电池,其Jsc=7.90 mA/cm2 ,Voc=0.21 V,FF=0.23,η=0.38;.     

硼掺杂对用于SHJ太阳电池的nc-Si∶H薄膜微结构的影响

采用RF-PECVD法在低温低功率密度下制备了p型nc-Si∶H薄膜,并系统地研究了硼掺杂对薄膜微结构及光电性能的影响.结果表明:由于“硼掺杂效应”,随着掺硼比的增大,nc-Si∶H薄膜的晶化率逐渐降低,晶粒尺寸减小,薄膜的择优取向由[111]变为[220];光学带隙逐渐减小,电导率则先升后降;本实验中薄膜的最优掺杂比为0.3;.以优化后的p型nc-Si∶H薄膜做窗口层,SHJ太阳电池的性能得到明显改善,获得了效率为14.1;的电池.     

溅射硒化物靶与金属单质靶制备Cu2 ZnSnSe4薄膜及电池的比较研究

采用磁控溅射SnSe-ZnSe-Cu硒化物靶和Sn-Zn-Cu金属单质靶的方法制备两种Cu2 ZnSnSe4(CZTSe)预制层,并将两种预制层采用相同的硒化工艺制备出CZTSe薄膜吸收层.分别采用XRD、Raman、SEM、EDS等分析了薄膜的晶体结构、相的纯度、表面及截面形貌和元素组分,结果发现采用硒化物靶制备的CZTSe吸收层薄膜更为平整致密且无明显孔洞.同时采用Hall测试和J-V测试对太阳电池薄膜的电学性质进行了表征,结果表明硒化物靶制备的CZTSe太阳电池的电流密度以及光电转化效率要高于金属单质靶,金属单质靶制备的CZTSe薄膜电池的开路电压为356 mV,短路电流密度为20.61 mA/cm2,光电转换效率为2.18;,而硒化物靶制备的CZTSe薄膜电池的开路电压为354 mV,短路电流密度为28.41 mA/cm2,光电转换效率为3.33;.     

柔性衬底非晶硅薄膜太阳电池量子效率的研究

量子效率是太阳电池对光的吸收能力的评定标准之一.本文通过对柔性衬底倒结构n-I-p非晶硅薄膜太阳电池量子效率的测量,同时结合本征材料吸收特性,讨论了衬底温度和反应压强对太阳电池量子效率的影响.结果表明:本征非晶硅薄膜的吸收特性是影响太阳电池量子效率的主要因素,同时光生载流子在本征层和界面处的复合也会对太阳电池的量子效率有所影响.经过反应条件优化得到了转换效率为5.67;的聚酰亚胺衬底太阳电池.     

不同硫化温度对Cu2ZnSnS4薄膜质量及太阳能电池性能的影响

采用ZnS-Sn-CuS作为靶材,利用磁控溅射技术制备了Cu2ZnSnS4 (CZST)薄膜材料及太阳电池,重点研究了不同硫化温度对CZTS薄膜质量及太阳电池性能的影响.利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、显微拉曼光谱仪(Raman)和紫外可见分光光度计(UV-Vis)分别表征了不同硫化温度下制备的CZTS薄膜的晶相结构、表面形貌、化学组分、相的纯度和光学性能.结果表明:在580℃下所制备的CZTS薄膜光滑致密、结晶质量好,同时化学组分属于贫铜富锌,而且无其他二次相,禁带宽度约为1.5 eV.符合高效率太阳电池吸收层的要求.将CZTS吸收层按照SLG/Mo/CZTS/CdS/i-ZnO/ITO/ Al的结构制备成面积为0.12 cm2的电池并进行Ⅰ-Ⅴ测试.测试结果表明,在580℃硫化后制备的CZTS薄膜太阳电池具有最高的转换效率为3.59;.     

多周期溅射单质靶制备铜锌锡硫薄膜电池

采用多周期磁控溅射单质靶Cu-Sn-Zn制备CZTS薄膜太阳电池.多周期包含两周期和四周期,同时与单周期制备的CZTS薄膜电池作对比.通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和拉曼光谱仪(Raman)对不同周期得到的CZTS薄膜的晶体性质、表面样貌、化学成分等性质进行分析研究.分析结果显示,多周期制备的CZTS薄膜晶体质量要比单周期的好,表面均匀致密.重要的是四周期溅射制备的CZTS薄膜是研究的最佳实验组.最终把不同周期得到的CZTS薄膜制备成完整的器件结构,得到的太阳电池效率分别是:单周期2.64;,两周期3.01;,四周期3.36;.