1、 第四章第四章 硅太陽電池硅太陽電池單晶硅太陽能電池單晶硅太陽能電池多晶硅太陽能電池多晶硅太陽能電池非晶（無定形）硅太陽能電池非晶（無定形）硅太陽能電池 硅太陽電池的基本結(jié)構(gòu)硅太陽電池的基本結(jié)構(gòu)p區(qū)（基體材料）n區(qū)3000.2電極電極陽陽 光光電極電極單晶硅單晶硅硅原料：（1）單晶；非切片技術(shù)高質(zhì)量（2）多晶質(zhì)量要求較寬松單晶硅單晶硅多晶硅多晶硅硅原料硅原料太陽能電池板太陽能電池板3單晶硅單晶硅單晶硅太陽能電池的制作工藝單晶硅太陽能電池的制作工藝 硅片的制備硅片的制備硅片的表面準(zhǔn)備硅片的表面準(zhǔn)備（清洗及腐蝕）（清洗及腐蝕） 制制 結(jié)結(jié)制備上、下電極制備上、下電極去除背面的去除背面的p-n結(jié)結(jié)腐

2、蝕周邊腐蝕周邊蒸鍍減反射膜蒸鍍減反射膜檢驗測試檢驗測試硅太陽電池硅太陽電池切、磨切、磨表面無序織構(gòu)化表面無序織構(gòu)化組件安裝組件安裝 硅硅 原原 料料多晶或單晶硅制備技術(shù)多晶或單晶硅制備技術(shù)石英砂石英砂在電爐中在電爐中用碳還原用碳還原工業(yè)硅工業(yè)硅（冶金硅）（冶金硅）不斷長大不斷長大高純多晶硅高純多晶硅硅（硅（95959999）FeFe、AlAl、CaCa、MgMg等等硅的氯化物硅的氯化物（SiHCl3，SiCl4）用用H H2 2、ZnZn還原還原 元素硅元素硅 單晶硅棒單晶硅棒區(qū)區(qū)熔熔法法直直拉拉法法H H2 2、ClCl2 2 （無水）（無水）7-11個個95SiO2+2C Si+2CO返回

3、Si+HClSiHCl3+H2 反應(yīng)溫度300度，同時形成氣態(tài)混合物(H2, HCl, Si, SiHCl3, SiCl4) 返回進(jìn)一步提純過濾硅粉冷凝SiHCl3, SiCl4氣態(tài)H2, HCl返回反應(yīng)或排放到大氣分解冷凝物SiHCl3, SiCl4 凈化三氯氫硅 多級精餾SiHCl3+H2Si+HCl 返回約三分之一的三氯氫硅發(fā)生反應(yīng)剩余部分同H2, HCl, SiHCl3, SiCl4從反應(yīng)容器中分離。 6單晶硅單晶硅工業(yè)硅產(chǎn)品工業(yè)硅產(chǎn)品以前標(biāo)準(zhǔn)尺寸：10cm*10cm；近 期：15cm*15cm45cm*45cm；（1）串阻的限制，（2）固定載荷/風(fēng)力載荷/組件運輸/系統(tǒng)集成使得大于2

4、0cm*20cm的基底無實際意義。多晶硅多晶硅按制備方法所分的硅種類：（1）直拉單晶硅（2）區(qū)熔硅（單晶硅）（3）多晶硅（布里曼法，熱交換法）（4）磁性限制多晶硅（5）非切片硅 硅制備技術(shù)硅制備技術(shù)81. 直拉法直拉法1918年，切克勞斯基（J Czochralski）發(fā)表了用直拉法從熔體中生長單晶的論文，為用直拉法生長半導(dǎo)體材料奠定了理論基礎(chǔ)硅單晶，鍺單晶，紅寶石等大部分是用直拉法生長的1. 直拉法直拉法直拉法直拉法2. 區(qū)熔法區(qū)熔法區(qū)熔法制備單晶材料區(qū)熔法制備單晶材料局部加熱使物料熔融，移動加熱帶，熔化部分開始結(jié)晶。如果在多晶材料一端放置籽晶，結(jié)晶就會以籽晶方向形成單晶，直至物料全部轉(zhuǎn)化成

5、單晶。 區(qū)熔法的原理：通過在生長界面附近產(chǎn)生一個溫度梯度,控制或重新配原材料中的可溶性雜質(zhì)或相 優(yōu)點：優(yōu)點：生產(chǎn)效率高，可以制備大尺寸單晶體（直徑100-125mm，長2m，重60-100kg）缺點：缺點：對設(shè)備要求很高，在區(qū)熔過程中技術(shù)控制難度較大分類：分類：水平區(qū)熔法和懸浮區(qū)熔法 水平區(qū)熔法133. 多晶硅多晶硅石墨電阻加熱，結(jié)晶時石英坩堝下移。硅錠重量：240Kg污染小加熱體惰性氣體熔融Si冷卻水硅錠支撐裝置真空閥門原料坩堝誘導(dǎo)裝置冷卻水硅錠真空降成本單晶硅單晶硅硅太陽能電池的制作工藝硅太陽能電池的制作工藝 硅片的制備硅片的制備硅片的表面準(zhǔn)備硅片的表面準(zhǔn)備（清洗及腐蝕）（清洗及腐蝕） 制

6、制 結(jié)結(jié)制備上、下電極制備上、下電極去除背面的去除背面的p-n結(jié)結(jié)腐蝕周邊腐蝕周邊蒸鍍減反射膜蒸鍍減反射膜檢驗測試檢驗測試硅太陽電池硅太陽電池切、磨切、磨表面無序織構(gòu)化表面無序織構(gòu)化組件安裝組件安裝 硅硅 原原 料料多晶硅多晶硅切切 片片切切 片片多晶硅錠初步切割成小塊：多晶硅錠初步切割成小塊：刀鋸或帶鋸缺點：缺點：鋸縫損失達(dá)3-4mm線鋸：線鋸：一條或多條細(xì)線（直徑160m）帶著砂漿切入硅錠優(yōu)點：優(yōu)點：自動化程度高；同時切出多個硅片4. 非切片技術(shù)非切片技術(shù)目的：目的：減少切片步驟，降低損耗降低成本技術(shù)：技術(shù)：直接從熔融硅連續(xù)生產(chǎn)薄片或薄帶分類：分類：邊緣限定膜生長技術(shù)條帶技術(shù)枝蔓蹼技術(shù)硅片

7、厚度：硅片厚度：100m表面清洗表面清洗表面表面清洗清洗化學(xué)清洗化學(xué)清洗表面腐蝕表面腐蝕10m硫酸：活潑金屬及其氧化物、銅、銀硫酸：活潑金屬及其氧化物、銅、銀王水：幾乎所有不活潑金屬（金、鉑等）王水：幾乎所有不活潑金屬（金、鉑等）酸性和堿性過酸性和堿性過氧化氫溶液：氧化氫溶液：堿性：堿性：水：雙氧水：氨水水：雙氧水：氨水5：1：15：2：1（體積比）（體積比）酸性：酸性：水：雙氧水：濃鹽酸水：雙氧水：濃鹽酸6：1：18：2：1（體積比）（體積比）有機(jī)物、無機(jī)有機(jī)物、無機(jī)物、難溶物物、難溶物目的：去除表面的切片機(jī)械損傷目的：去除表面的切片機(jī)械損傷酸腐蝕法酸腐蝕法：濃硝酸：氫氟酸濃硝酸：氫氟酸10

8、:12:1； 或或H2SO4:H2O2，進(jìn)而，進(jìn)而1%HF稀釋液稀釋液 減緩速度：減緩速度：濃硝酸：氫氟酸：醋酸濃硝酸：氫氟酸：醋酸5:3:3，5:1:1 or 6:1:1 堿腐蝕法：堿腐蝕法：NaOH、KOH等水溶液（等水溶液（80-90，20-30%）金屬污染物金屬污染物28表面無序織構(gòu)化：反射率表面無序織構(gòu)化：反射率10%適用范圍：薄適用范圍：薄Si基底（基底（200m）單晶硅化學(xué)織構(gòu)化單晶硅化學(xué)織構(gòu)化分布無序的金字塔：分布無序的金字塔：單晶硅：單晶硅：70-80，2%NaOH、KOH溶液溶液+異丙醇異丙醇最佳高度：最佳高度：3-5m問題：金字塔尺寸，織構(gòu)化的區(qū)域難以控制問題：金字塔尺寸

9、，織構(gòu)化的區(qū)域難以控制織構(gòu)化單晶Si晶向解決方案：解決方案：借助適當(dāng)?shù)奶砑游锛訌?qiáng)金字塔成核表面無序織構(gòu)化表面無序織構(gòu)化多晶硅化學(xué)織構(gòu)化多晶硅化學(xué)織構(gòu)化：u適用于單晶硅的各向異性織構(gòu)化并不十分有效；適用于單晶硅的各向異性織構(gòu)化并不十分有效；u各向同性織構(gòu)化可以：光刻和濕法腐蝕成本過高；各向同性織構(gòu)化可以：光刻和濕法腐蝕成本過高；u機(jī)械織構(gòu)化或反應(yīng)離子腐蝕效果最好：機(jī)械織構(gòu)化或反應(yīng)離子腐蝕效果最好：HF和和HNO3混合混合酸酸織構(gòu)化多晶Si表面無序織構(gòu)化表面無序織構(gòu)化制制p-n結(jié)結(jié)制結(jié)：制結(jié)：在一塊基體材料上生成導(dǎo)電類型不同的擴(kuò)散層方方法法熱擴(kuò)散熱擴(kuò)散離子注入離子注入用加熱方法使用加熱方法使V V

10、族雜質(zhì)摻入族雜質(zhì)摻入p p型硅或型硅或族雜族雜質(zhì)摻入質(zhì)摻入n n型硅。型硅。最常用的V族雜質(zhì)為磷， 族雜質(zhì)為硼把雜質(zhì)原子電離，并用強(qiáng)電場加速，直接把雜質(zhì)原子電離，并用強(qiáng)電場加速，直接打入到半導(dǎo)體基體材料中。打入到半導(dǎo)體基體材料中。優(yōu)點：優(yōu)點：可室溫下進(jìn)行；可室溫下進(jìn)行； 可精確控制雜質(zhì)的純度、注入深度和摻雜濃度；可精確控制雜質(zhì)的純度、注入深度和摻雜濃度；p-n結(jié)結(jié)面平整；結(jié)結(jié)面平整；成品率高、重復(fù)性好成品率高、重復(fù)性好返回除去背結(jié)除去背結(jié)方方法法化學(xué)腐蝕法化學(xué)腐蝕法磨砂或噴砂法磨砂或噴砂法蒸鋁燒結(jié)法蒸鋁燒結(jié)法掩蔽前結(jié)后用腐蝕液蝕去其余部分掩蔽前結(jié)后用腐蝕液蝕去其余部分的擴(kuò)散層，由此可省去制作電

11、極后的擴(kuò)散層，由此可省去制作電極后腐蝕周邊的工序。腐蝕周邊的工序。腐蝕液：硝酸：氫氟酸：醋酸3:1:1或5:3:3用金剛砂將背結(jié)磨去，也可用壓用金剛砂將背結(jié)磨去，也可用壓縮空氣攜帶砂粒噴射到硅片背面縮空氣攜帶砂粒噴射到硅片背面除去。除去。在擴(kuò)散硅片背面真空蒸鍍一層鋁，在擴(kuò)散硅片背面真空蒸鍍一層鋁，加熱到鋁硅共熔點（加熱到鋁硅共熔點（577 ）燒）燒結(jié)合金。熔融的硅鋁相區(qū)有吸雜的結(jié)合金。熔融的硅鋁相區(qū)有吸雜的效果，補(bǔ)償了背面效果，補(bǔ)償了背面n+層中的施主雜層中的施主雜質(zhì)，以消除背結(jié)。質(zhì)，以消除背結(jié)。硅重結(jié)晶后，處于溶解極限的鋁摻硅重結(jié)晶后，處于溶解極限的鋁摻雜可產(chǎn)生一個雜可產(chǎn)生一個P+的背電場的

12、背電場對對n+/pp+/n型型均適用均適用僅適用僅適用n+/p型型電池電池n n型摻雜型摻雜p型基體型基體背面返回蒸鋁燒結(jié)法蒸鋁燒結(jié)法硅重結(jié)晶后，處于溶解極限的鋁摻雜可產(chǎn)生一硅重結(jié)晶后，處于溶解極限的鋁摻雜可產(chǎn)生一個個P+的背電場。的背電場。背部需涂覆電解質(zhì)或鈍化層，以實現(xiàn)背面鈍化。背部需涂覆電解質(zhì)或鈍化層，以實現(xiàn)背面鈍化。以下材料均為單晶或多晶硅的較佳邊界，如：以下材料均為單晶或多晶硅的較佳邊界，如： 氧化硅氧化硅 氮化硅氮化硅 氧化物氧化物/氮化物氮化物 非晶硅非晶硅/硅異質(zhì)結(jié)硅異質(zhì)結(jié)Al保護(hù)層見見P76圖圖33襯底材料質(zhì)量改進(jìn)襯底材料質(zhì)量改進(jìn)載流子（尤其少子）壽命影響因素：載流子（尤其少

13、子）壽命影響因素： 碳含量、金屬雜質(zhì)、高密度結(jié)晶缺陷、晶粒和亞晶粒邊界改善方法改善方法吸雜吸雜 1. 磷擴(kuò)散吸雜磷擴(kuò)散吸雜 2. 鋁處理吸雜鋁處理吸雜 3. 氮化硅吸雜氮化硅吸雜 4. B-O復(fù)合物形成的壽命退化復(fù)合物形成的壽命退化34制作上、下電極制作上、下電極為了輸出硅太陽電池的電能，必須在電池上制作正、負(fù)電極。為了輸出硅太陽電池的電能，必須在電池上制作正、負(fù)電極。p型基體n+型摻雜n+/p型型p+型摻雜n型基體p+/ n 型型方法：方法：真空蒸鍍真空蒸鍍、化學(xué)鍍鎳、銀漿印刷燒結(jié)、磁、化學(xué)鍍鎳、銀漿印刷燒結(jié)、磁控濺射等控濺射等下頁繼續(xù)柵正正極極負(fù)負(fù)極極襯底襯底在真空中，將在真空中，將金金屬

14、或非金屬材料屬或非金屬材料加熱加熱到一定溫度到一定溫度后，材料的后，材料的原子原子或分子或分子獲得足夠獲得足夠的能量，脫離材的能量，脫離材料源表面的束縛料源表面的束縛蒸發(fā)到真空中成蒸發(fā)到真空中成為蒸氣原（分）為蒸氣原（分）子子，遇到溫度低，遇到溫度低的被鍍物時的被鍍物時凝結(jié)凝結(jié)在其表面在其表面形成薄形成薄膜膜。原理：原理：真空腔真空腔返回高摻雜界面：高摻雜界面：問題：問題：表面復(fù)合損失，進(jìn)而導(dǎo)致電壓損失，短波長光的收集損失解決方案：解決方案：表面鈍化有利之處：有利之處：表面復(fù)合損失減小；發(fā)射區(qū)收集效率增加；一般方案：一般方案：（1）雙重擴(kuò)散（2）單一擴(kuò)散和腐蝕活性發(fā)射區(qū)至所需方塊電阻；只在需要

15、之處進(jìn)行重?fù)诫s和深擴(kuò)散如：在柵線下進(jìn)行重?fù)诫s和深擴(kuò)散缺點：過程復(fù)雜較佳解決方案：較佳解決方案：選擇性發(fā)射區(qū)（重?fù)诫s區(qū)）僅在接觸區(qū)印刷重?fù)诫s材料（如磷漿）如右圖前接觸電極前接觸電極電極：電極：（1）不透光；高反射）不透光；高反射部分太陽光損失部分太陽光損失（2）串聯(lián)電阻損失）串聯(lián)電阻損失發(fā)射結(jié)的擴(kuò)散曲線，表面擴(kuò)散密度發(fā)射結(jié)的擴(kuò)散曲線，表面擴(kuò)散密度方案：方案：1. 激光刻槽埋柵金屬化激光刻槽埋柵金屬化2. 絲網(wǎng)印刷絲網(wǎng)印刷激光刻槽埋柵（截面）絲網(wǎng)印刷細(xì)柵（截面）38腐蝕周邊腐蝕周邊生長金屬的過程中，在硅片的周邊也形成金屬層，使得電池生長金屬的過程中，在硅片的周邊也形成金屬層，使得電池的上下電極短路

16、，必須將其除去。的上下電極短路，必須將其除去。方法：方法：將硅片的正、背面用涂黑膠、粘耐酸膠帶或擠壓等方法掩將硅片的正、背面用涂黑膠、粘耐酸膠帶或擠壓等方法掩蔽好，在硝酸、氫氟酸、醋酸組成的腐蝕液中腐蝕半分至蔽好，在硝酸、氫氟酸、醋酸組成的腐蝕液中腐蝕半分至一分鐘，拿出用水洗凈，再移去掩蔽則可。一分鐘，拿出用水洗凈，再移去掩蔽則可。返回蒸鍍減反射膜蒸鍍減反射膜腐蝕過周邊的硅片已經(jīng)具備一定的光電轉(zhuǎn)換能力。但是，腐蝕過周邊的硅片已經(jīng)具備一定的光電轉(zhuǎn)換能力。但是，由于硅表面對光的反射，使得光損失約三分之一，大大由于硅表面對光的反射，使得光損失約三分之一，大大減少了太陽光的利用率。減少了太陽光的利用率

17、。方法：方法：（1）在硅表面生成一層或多層合適的薄膜，利用薄膜）在硅表面生成一層或多層合適的薄膜，利用薄膜干涉的原理，可以使光的反射大為減少。干涉的原理，可以使光的反射大為減少。 氧化物層（如氧化物層（如SiO2，110 nm或或TiO2）：）：兼做減反層和鈍化層 ZnS/MgF2 氫化氮化硅（目前常用）氫化氮化硅（目前常用）太陽能電池制作完成！太陽能電池制作完成！40 第四章第四章 硅太陽電池硅太陽電池單晶硅太陽能電池單晶硅太陽能電池多晶硅太陽能電池多晶硅太陽能電池非晶（無定形）硅太陽能電池非晶（無定形）硅太陽能電池多晶硅太陽能電池多晶硅太陽能電池以多晶硅作為基體材料，太陽電池的結(jié)構(gòu)、制作方

18、法幾以多晶硅作為基體材料，太陽電池的結(jié)構(gòu)、制作方法幾乎與單晶硅太陽電池相同。乎與單晶硅太陽電池相同。于于1962年開始研究多晶硅太陽電池年開始研究多晶硅太陽電池 機(jī)械性能差機(jī)械性能差 輸出功率低輸出功率低 一度中止研究一度中止研究1975年，因單晶硅很昂貴，開始尋找廉價材料，年，因單晶硅很昂貴，開始尋找廉價材料， 多晶硅太陽電池的研究又被提上日程。多晶硅太陽電池的研究又被提上日程。1976年，制成了效率達(dá)年，制成了效率達(dá)10的的11 11cm11cm2 2的大面積的大面積多晶硅多晶硅太陽電池。太陽電池。1979年，西德及美國已經(jīng)開始小批量投入生產(chǎn)年，西德及美國已經(jīng)開始小批量投入生產(chǎn)p區(qū)（基體材

19、料）n區(qū)3000.2陽陽 光光電極電極多晶硅多晶硅太陽電池效率：多晶硅太陽電池效率：12，實驗室超過，實驗室超過19% （單晶硅（單晶硅1415%，實驗室接近，實驗室接近25%）多晶硅太陽電池良好的性能取決于：多晶硅太陽電池良好的性能取決于： 原料的質(zhì)量原料的質(zhì)量 電池制造工藝電池制造工藝目前，主要影響因素是目前，主要影響因素是 晶粒尺寸和形態(tài)晶粒尺寸和形態(tài) 晶粒間界晶粒間界 基體中有害雜質(zhì)的含量及分布方式基體中有害雜質(zhì)的含量及分布方式改善多晶硅太陽電池性能的辦法：改善多晶硅太陽電池性能的辦法： 1）生長條件要滿足柱式晶粒、各晶粒定向排列的要）生長條件要滿足柱式晶粒、各晶粒定向排列的要求；求；

20、 F. Fischer認(rèn)為，各晶粒若為大尺寸的柱形體并定向排列， 整個電池相當(dāng)于由若干個小柱形的電池并聯(lián)而成。 2）采用純度合理的材料；）采用純度合理的材料； 3）尋找生長大晶粒的條件；）尋找生長大晶粒的條件； 4）采用鈍化晶界的技術(shù)。）采用鈍化晶界的技術(shù)。L. Lindmayer認(rèn)為，用熔鑄的純多晶硅制成的太陽電池，效率與晶粒尺寸成線性關(guān)系。 晶粒尺寸 效率 8m 0.5% 1mm 10% 第四章第四章 硅太陽電池硅太陽電池單晶硅太陽能電池單晶硅太陽能電池多晶硅太陽能電池多晶硅太陽能電池非晶（無定形）硅太陽能電池非晶（無定形）硅太陽能電池薄膜太陽電池薄膜太陽電池參考太陽電池材料，楊德仁著，化

21、學(xué)工業(yè)出版社第九章，非晶硅薄膜 （P206-234）非晶硅太陽能電池非晶硅太陽能電池非晶硅又叫無定形硅、非晶硅又叫無定形硅、a-Si優(yōu)點：優(yōu)點：l 材料制備成本低，工藝、設(shè)備簡單，大幅度降低成本；l 大規(guī)模生產(chǎn)：全流程自動化；l 多品種，多用途：通過改變原材料氣相成分或氣體流量，可使非晶硅薄膜改性；l 易實現(xiàn)柔性a-Si有較高的光學(xué)吸收系數(shù)，可吸收315750納米的可見光范圍；a-Si的禁帶寬度比硅大，與太陽光譜有較好的匹配；非硅電非硅電池優(yōu)勢：池優(yōu)勢：a-Si薄膜的性質(zhì)：薄膜的性質(zhì)：n 短程有序，長程無序；短程有序，長程無序；數(shù)納米甚至更小范圍有序數(shù)納米甚至更小范圍有序n a-Si原子的原子

22、的4個共價鍵呈連續(xù)的無規(guī)則的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；（單晶個共價鍵呈連續(xù)的無規(guī)則的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；（單晶硅呈四面體結(jié)構(gòu)）硅呈四面體結(jié)構(gòu)）n 與多晶，微晶，納米晶硅一樣，與多晶，微晶，納米晶硅一樣，a-Si呈各向同性；（單晶呈各向同性；（單晶硅呈各向異性）硅呈各向異性）n a-Si有導(dǎo)帶，價帶和禁帶外，還存在導(dǎo)帶尾帶和價帶尾帶，有導(dǎo)帶，價帶和禁帶外，還存在導(dǎo)帶尾帶和價帶尾帶，引入的缺陷能級更顯著引入的缺陷能級更顯著圖 非晶態(tài)半導(dǎo)體的Mott-CFO能帶模型a-Si薄膜的性質(zhì)：薄膜的性質(zhì)：n a-Si呈準(zhǔn)直接帶隙結(jié)構(gòu)，吸收系數(shù)大（單晶硅為間接呈準(zhǔn)直接帶隙結(jié)構(gòu)，吸收系數(shù)大（單晶硅為間接帶隙）；帶寬可調(diào)（通過不同合金實現(xiàn)

23、帶隙）；帶寬可調(diào)（通過不同合金實現(xiàn)1.4-2eV連續(xù)可連續(xù)可調(diào)）調(diào)）n a-Si具有更高的晶格勢能，熱力學(xué)上處于亞穩(wěn)態(tài)，適具有更高的晶格勢能，熱力學(xué)上處于亞穩(wěn)態(tài)，適當(dāng)?shù)臒崽幚砜赊D(zhuǎn)化成多晶硅，微晶硅和納米硅當(dāng)?shù)臒崽幚砜赊D(zhuǎn)化成多晶硅，微晶硅和納米硅 Mott-CFO（莫特（莫特-科弗奧）理科弗奧）理論模型論模型莫特于莫特于1977年獲得諾年獲得諾 貝爾物理貝爾物理獎，這是非晶態(tài)體系中電子能獎，這是非晶態(tài)體系中電子能態(tài)的最基本模型。開拓了固體態(tài)的最基本模型。開拓了固體物理新領(lǐng)域的非晶態(tài)物質(zhì)電子物理新領(lǐng)域的非晶態(tài)物質(zhì)電子過程的研究，被譽(yù)為這個新學(xué)過程的研究，被譽(yù)為這個新學(xué)科分支的奠基人。科分支的奠基人

24、。a-Si的制備：的制備：l 物理氣相沉積，如濺射、電子束蒸發(fā)法物理氣相沉積，如濺射、電子束蒸發(fā)法缺點：缺點：含有大量的硅懸掛鍵缺陷，造成費米能級釘扎，進(jìn)而導(dǎo)致對摻雜不敏感，難以實現(xiàn)p和n型摻雜l 化學(xué)氣相沉積化學(xué)氣相沉積 等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PE-CVD，又稱輝光放電分解氣，又稱輝光放電分解氣相沉積法相沉積法)1969年，R. C. Chittick利用輝光放電分解硅烷制備了含氫a-Si，通過氫補(bǔ)償了懸掛鍵等缺陷，實現(xiàn)了a-Si太陽電池 光化學(xué)氣相沉積光化學(xué)氣相沉積(photo-CVD) 熱絲化學(xué)氣相沉積熱絲化學(xué)氣相沉積(HW-CVD) 熱分解硅烷法熱分解硅烷法等離

25、子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PE-CVD)借助微波或射頻等使含有薄膜組成原子的氣體電離，在局部形成等離子體，而等離子體化學(xué)活性很強(qiáng)，很容易發(fā)生反應(yīng)，在基片上沉積出所期望的薄膜。為了使化學(xué)反應(yīng)能在較低的溫度下進(jìn)行，利用了等離子體的活性來促進(jìn)反應(yīng)，因而這種CVD稱為等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PE-CVD). 實驗機(jī)理：實驗機(jī)理： 輝光放電系統(tǒng)的輝光區(qū)示意圖剛從陰極發(fā)射的電子能量很小（僅1eV），不能和氣體分子作用，形成阿斯頓暗區(qū)電場加速下，電子能量增大，可和氣體分子作用，氣體分子受激發(fā)光，形成陰極輝光區(qū)未和氣體分子作用的電子被進(jìn)一步加速，與氣體分子作用，產(chǎn)生大量離子和低速電子，并未發(fā)

26、光造成克魯克斯暗區(qū)克魯克斯暗區(qū)形成的低速電子被加速后，又與氣體分子作用激發(fā)其發(fā)光，形成負(fù)輝光區(qū)陽極附近區(qū)域亦類似中間存在一明顯的發(fā)光區(qū)（正離子柱區(qū)或陽極光柱區(qū)），電子和正離子滿足電中性條件，處于等離子狀態(tài)等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積制備非晶硅薄膜等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積制備非晶硅薄膜原理：反應(yīng)氣(SiH4)和載氣（H2）進(jìn)入，在兩電極中間產(chǎn)生等離子體。生成的Si原子沉積在加熱的襯底表面上并與襯底表面反應(yīng)，反應(yīng)層轉(zhuǎn)變成非晶硅薄膜。直流低頻射頻高頻輝光放電類型：主要反應(yīng)：SiH4=Si+2H2其它分解產(chǎn)物：SiH SiH2 SiH3 H H2重要產(chǎn)物：SiH2（SiH4=SiH2+H2）SiH3（2SiH

27、4=2SiH3+H2）重要成分：H2（引入非晶硅中，a-Si:H）非晶硅薄膜太陽能電池的一個重要因素： 襯底溫度，一般350攝氏度以下 高于500攝氏度，氫會從非晶硅中逸出，氫鈍化能力消失在向基底擴(kuò)散的過程中，分子相互碰撞產(chǎn)生進(jìn)一步反應(yīng)： SiH2+SiH4=Si2H6 Si2H6+SiH2=Si3H8電極電極/襯底襯底a-SiTiO2Ni電極電極減反射膜減反射膜MOS結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)的a-Si太陽電池太陽電池PIN結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)的a-Si太陽電池太陽電池太陽光電極電極/襯底襯底inpinp級聯(lián)結(jié)構(gòu)（疊層結(jié)構(gòu)）級聯(lián)結(jié)構(gòu)（疊層結(jié)構(gòu)）電極電極/襯底襯底n+型型a-Sii型型a-Sip+型型a-Si太陽光減反

28、射膜減反射膜減反射膜減反射膜單晶硅摻雜擴(kuò)散，離子注入非晶硅摻雜反應(yīng)室中直接通入摻雜氣體，與SiH4一同分解，在非晶硅薄膜形成時摻入雜質(zhì)n型雜質(zhì)：P As p型雜質(zhì)：B Ga PH3 (0.11%) 2PH3=2P+3H2 B2H6 (0.12%) B2H6=2B+3H2非晶硅薄膜摻雜非晶硅薄膜摻雜交替通入硼烷和磷烷，可以制備出具有pin結(jié)構(gòu)的非晶硅薄膜太陽電池交叉污染；后期的解決方案：分室摻雜后期的解決方案：分室摻雜非晶硅薄膜中的氫非晶硅薄膜中的氫大量缺陷：Si的懸掛鍵；Si-Si弱鍵Si的懸掛鍵： 具有電學(xué)活性，可以在能隙中引入高密度的深能級； 非常不穩(wěn)定，后續(xù)處理中發(fā)生改變，使得非晶硅的電

29、學(xué)性能不易控制解決方案：摻氫實現(xiàn)硅懸掛鍵的鈍化 非晶硅薄膜中的氫含量：10-15%引入氫的優(yōu)勢： 補(bǔ)償硅懸掛鍵 氫含量超過了硅懸掛鍵的密度，多余的氫以SiH2，(SiH2)n，SiH3等基團(tuán)及氫致微空洞的形式占據(jù)激活能更低的位置影響非晶硅薄膜太陽電池的性能 氫的引入可以改變能隙寬度（1.5eV增加至1.7eV（5-15%H2）非晶硅薄膜中的光致衰減非晶硅薄膜中的光致衰減負(fù)面作用： 產(chǎn)生光致亞穩(wěn)缺陷； Steabler-Wronski效應(yīng)（S-W效應(yīng)）：長期光照導(dǎo)致光電導(dǎo)和暗電導(dǎo)同時下降，之后保持穩(wěn)定，非晶硅太陽電池的效率降低；經(jīng)150-200攝氏度的短時間熱處理，其性能又恢復(fù)至原來的狀態(tài)。S-W效應(yīng)的起因解釋不一：但根本原因認(rèn)為是與非晶硅中氫的移動有關(guān)。非晶硅太陽電池效率的衰減非晶硅太陽電池效率的衰減圖 1個太陽照射不同類型的a-Si基太陽電池時其轉(zhuǎn)換效率作為曝光時間的函數(shù)不銹鋼襯底不銹鋼襯底n+型型a-Sii型型a-Sip+型型a-Si太陽光減反射膜減反射膜非晶硅薄膜中光致衰減效應(yīng)的減少和消除非晶硅薄膜中光致衰減效應(yīng)的減少和消除解決方案：本征層厚度最大，降低本征層中的氫含量改善方法：制備工藝方面：制