产品分类：

 

 

 

摘要：采用射频等离子体增强化学气相沉积(RF-PECVD)技术，对用于中间电池的非晶硅锗 P/I/N型单结电池进行研究。针对中间电池需要较高的长波响应，以实现太阳光谱的合理分配 的问题，采用各种工艺优化手段来提升非晶硅锗电池的长波响应。通过对锗硅气体流量比、 以及采用锗流量梯度对本征层带隙分布等进行调控，有效提高了电池的长波响应。以Al为接 触电极的单结非晶硅锗长波典型波段800 nm量子效率达到10%，>530nm积分电流密度达到 10.14mA/cm2，并保持较高的V。。和FF; a-Si:H/a-SiGe:H双叠层的800 nm量子效率达到20%， a-SiGe:H子电池短路电流密度达9.77mA/cm2，效率达8.6%。

 

关键词：非晶硅锗薄膜太阳电池；长波响应；射频；锗流量梯度；中间电池

 

1引言

 

氢化非晶硅锗合金（a-SiGe:H)由于其 光学特性而被广泛应用于三结叠层电池的中 间电池和底电池。锗的掺入可以有效降低氢 化非晶硅（a-Si:H)材料的带隙，通过调节锗 硅掺入比，其光学带隙在1.11.8eV范围可调 [1]，材料的长波吸收系数相比于a-Si:H更高。 应用于电池上可以增强其长波区域 (600900nm)的吸收，从而拓宽对太阳光 谱的响应。

 

三结叠层中间电池的有效吸收波段为 510nm~900nm。Unisolar 公司制备的 a-Si:H/ a-SiGe:H/nc-Si:H 三结 叠层 电 池效率达到 16.3%，其中中间电池短路电流密度达 9.43mA/cm2，与顶、底子电池短路电流密度 达到良好的电流匹配[2]。为实现中间电池与 顶、底子电池的电流匹配，我们需要采取工 艺手段以及设计器件结构以提高该光谱波段 在a-SiGe:H中间电池中的吸收和收集。本文 采用射频等离子体化学气相沉积(RF-PECVD) 技术，通过对a-SiGe:H材料本征层的锗硅比 的调控，以及对本征层带隙分布等进行设计， 有效提高单结非晶硅锗电池在中间电池有效 吸收波段的响应，同时保证电池具有高的V。。 以及FF。我们初步将单结电池工艺应用于 a-Si:H/a-SiGe:H叠层电池中，使用Al背电极 其a-SiGe:H底电池短路电流密度达 9.77mA/cm2。

 

2实验

 

本论文所有系列样品都在本研究所的辐 射型多功能薄膜沉积系统（Cluster CVD)中 制备。实验腔室的本底真空都保持10-6量级。 电池结构为 Glass/Sn〇2:F/(p)a-SiC:H/buffer/

a-SiGe:H/ buffer /(n)a-Si:H/Al。电池 P、I、N

 

三层均采用射频等离子体化学气相沉积 (RF-PECVD)技术制备。本征层采用的制备气 体为锗烷(GeH4)、乙硅烷(S12H6)气体和氢气， 热蒸发Al制备背电极，电池面积为0.253cm2。

 

本征层锗含量采用X射线荧光光谱 (XRF)测试获得，所采用的测试设备是 Panalytical PW2403全自动X射线荧光光谱 仪。采用UV-VIS-NIR分光光度计(Cary 5000) 测试获得材料的透过谱，通过采用无条件优 化拟合法获得材料的吸收系数，对其进行 Tauc拟合从而获得材料的光学带隙。 a-SiGe:H材料的厚度通过台阶仪测试获得。

 

电池进行了光态IV，QE测试以及反偏 压QE测试，光态IV测试在25 °C温度下进行， 测试采用光谱为AM1.5。对光态J-V曲线采 用Crandall均匀电场模型[3]进行拟合计算，在 已知厚度的条件下，获得本征层材料的Mi积 参数，以此作为本征层材料质量的表征。通 过测试电池量子效率(QE)来获得电池不同波 长光子的响应，以及载流子在电池不同位置 的收集水平。反偏压测试外加负偏压为-1V。 通过大于530 nm波段的量子效率曲线进行 积分，获得该长波段贡献的短路电流密度， 以此作为长波响应的表征。

 

3结果与讨论

 

3.1锗硅流量气体比对电池长波性能的影响 首先我们对GeH4和Si2H6气体流量比进 行调节，实验发现a-SiGe:H电池性能对于该 参数很敏感。图1列出了电池的V。。、FF以 及Js。随气体流量比的变化。横坐标为GeH4 和Si2H6气体流量比，GeHVSi2H6 = 0的样品 为没有掺入锗的a-Si:H电池。