多晶硅薄膜太阳能电池 (2)资料
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3 多晶硅薄膜电池是兼具单晶硅和多晶硅电 池的高转换效率和长寿命以及非晶硅薄膜 电池的材料制备工艺相对简单等优点的新 一代电池。
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2.电池工作原理
1
2 工作原理：基于太阳光与半导体材料的作 用而形成光伏效应。
光伏效应：光与半导体的相互作用可以产 3 生光生载流子。当将所产生的电子-空穴对 靠半导体内形成的势垒分开到两极时,两极 间会产生电势,称为光生伏打效应,简称光伏 效应。
多晶硅薄膜太阳能电池
制作人：张春芳 学号：2013216018
1.研究背景
近年
可持续发展 ，环境保护 等观念的深 入人心 常规化石能 源的日渐枯 竭
多晶硅太阳能电池是很有前景的
1.研究背景
薄膜化(或薄层化)是降低太阳能电池成本 1 的主要手段和发展趋势。
非晶硅薄膜太阳电池虽在成本上具有一定 优势, 但光疲劳效应严重制约了其发展。
7.如何提高电池转换效率
限制太阳能电池转换效率的因素很多，提高吸光 率和减少载流子复合是提高转换效率最重要的2种方 法。 众所周知，吸光率越大，电池转换效率越高。si 对可见光的光学吸收长度约为150um。由此可见，传 统单晶与非晶硅太阳能电池的厚度为200um左右，有 利于充分吸收太阳光能量。按照国际认定的标准，新 一代薄膜太阳能电池的厚度应在50um以下。这意味 着必须使较长波段的光在薄膜的上下表面间来回反射， 以增加其光程，达到提高吸光率的目的。
Add Your Title
6.多晶硅Leabharlann Baidu膜制备方法
化学气相沉积法(CVD)
Add Yur Title
用化学气相沉积法(CVD),在铝陶瓷衬底上沉积 3μ m～5μ m的硅薄膜。为了获得高质量的硅薄膜,铝陶 瓷衬底上预先沉积Si3N4/TiO2(650×10-8 cm)双层减 反射膜.在硅薄膜沉积时,引入硼掺杂.用CW-Ar激光束熔 化沉积的硅膜,在氮气氛中,400℃～500℃下再结晶.制备 薄膜太阳电池时,用常规方法进行p扩散和沉积ITO膜,用 氢等离子来钝化晶体缺陷.
(1) 3-5KW家 庭屋顶并网发 电系统;(2)光 伏水泵:解决无 电地区的深水 井饮用、灌溉
太阳能 建筑 将太阳能发电 与建筑材料相 结合，使得未 来的大型建筑 实现电力自给
8. 电池的研究方向
01 如何加大晶 粒粒度从而 减少晶界 02 03
如何钝化晶界
如何使晶粒具 有择优取向从 而避开晶界的 影响
9.电池的应用领域
通讯领 域 交通领 域 如航标灯、铁 路信号灯、高 速公路/铁路 无线电话亭、 无人值守道班 供电等 用户电 源
光缆维护站、 广播/通讯/寻 呼电源系统;农 村载波电话光 伏系统、小型 通信机、士兵 GPS供电等
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3.电池的结构
前电极 P型 N型 背电极 绝缘膜 增透膜
支撑衬底
4.电池的制备工艺
补底的制备 和选择
隔离层 的制备
籽晶层 的制备 晶粒的 增大 多晶硅 薄膜制备
钝化
电极 制备 电学 Text Text 限制 in in PN结 光学 here 制备 限制 here
5. 电池对薄膜的基本要求
6.多晶硅薄膜制备方法
固相结晶法(SPC)
开始材料α -Si用SiH辉光放电沉积在平面或绒面 衬底上,沉积时加PH3,形成p-掺杂层, p-掺杂层典型的 厚度为170nm,在其上沉积不掺杂的α -Si层.通过改变 沉积条件,如压力、RF功率等来改变不掺杂的α -Si层 的结构.沉积后,在真空中600℃下进行退火,使α -Si层 进行固相结晶,形成多晶硅。
1.多晶硅薄膜厚度为5μ m ～ 150μ m
2.多晶硅薄膜的宽度至少是厚度的一倍
3.少数载流子扩散长度至少是厚度一倍
4.衬底必须具有机械支撑能力
5.良好的背电极
6.背表面进行钝化 7.良好的晶粒界
6. 多晶硅薄膜制备方法
1 半导体液相外延生长法（LPE）
2 区熔再结晶法(ZMR法)
3 等离子喷涂法(PSM) 4 固相结晶法(SPC)
5 化学气相沉积法(CVD)
6.多晶硅薄膜制备方法
半导体液相外延生长法（LPE）
LPE法生长技术已广泛用于生长高质量和化合物 Add Your Title 半导体异质结构，也可以在平面和非平面衬底上生长 , 能获得结构完美的材料。近年来用LPE技术生长晶体 硅薄膜来制备高效薄膜太阳电池引起了广泛的兴趣。 LPE生长可以进行掺杂,形成n-型和p-型层,LPE生长设 备为通用外延生长设备,生长温度为300℃～900℃,生 长速率为0.2μ m/min～2μ m/min,厚度为0.5μ m～ 100μ m.外延层的形貌决定于结晶条件,并可直接获得 具有绒面结构的外延层。
6.多晶硅薄膜制备方法
等离子喷涂法(PSM)
硅粉在高温等离子体中加热熔化,熔化的粒子沉 积在衬底上,衬底由加热器加热、沉积前,用红外热偶 测试衬底温度,使之保持在1200℃. 沉积的多晶硅膜厚 度为200μ m～1000μ m。用等离子体喷涂沉积多晶 硅薄膜太阳电池,全部采用低温度等离子CVD工艺。 用碱或酸溶液腐蚀沉积的多晶硅层,在其上于200℃用 等离子CVD形成厚度为200×10-8cm的微晶硅作为发 射层,并制备ITO减反射层和银浆电极构成太阳电池。
6.多晶硅薄膜制备方法
区熔再结晶法(ZMR法)
在硅上形成SiO2层,用LPCVD法在其上沉积硅层, 将该层进行区熔再结晶(ZMR)形成多晶硅层。为了满 足光伏电池对层厚的要求,在ZMR层上用CVD法生长一 定厚度的硅层作为激活层,用扫描加热使其晶粒增大至 几毫米,从而形成绝缘层硅(sol). 为制备多晶硅薄膜太阳 电池,在激活层表面进行腐蚀形成绒面结构,并进行n型 杂质扩散形成p-n结,然后进行表面钝化处理和沉积减 反射层,并制备电极,进行背面腐蚀和氢化处理,制作背电 极,即制成多晶硅薄膜太阳能电池。
7.如何提高电池转换效率
• 使薄膜电池上表面 反射系数Rf接近于 0，通常采用由 ZnS、MgF、 TiO2和Si构成的 单层或多层减反膜 • 使薄膜电池背面的 反射系数Rb接近理 想的100％，通常 用在基片上蒸镀金 属膜作为反射层的 方法增加电池背面 的反射系数。
提高吸光率
要使吸光率A（λ）在宽谱带范围 内达到高值，可以采取2种方法。
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2.电池工作原理
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2 工作原理：基于太阳光与半导体材料的作 用而形成光伏效应。
光伏效应：光与半导体的相互作用可以产 3 生光生载流子。当将所产生的电子-空穴对 靠半导体内形成的势垒分开到两极时,两极 间会产生电势,称为光生伏打效应,简称光伏 效应。
多晶硅薄膜太阳能电池
制作人：张春芳 学号：2013216018
1.研究背景
近年
可持续发展 ，环境保护 等观念的深 入人心 常规化石能 源的日渐枯 竭
多晶硅太阳能电池是很有前景的
1.研究背景
薄膜化(或薄层化)是降低太阳能电池成本 1 的主要手段和发展趋势。
非晶硅薄膜太阳电池虽在成本上具有一定 优势, 但光疲劳效应严重制约了其发展。
7.如何提高电池转换效率
限制太阳能电池转换效率的因素很多，提高吸光 率和减少载流子复合是提高转换效率最重要的2种方 法。 众所周知，吸光率越大，电池转换效率越高。si 对可见光的光学吸收长度约为150um。由此可见，传 统单晶与非晶硅太阳能电池的厚度为200um左右，有 利于充分吸收太阳光能量。按照国际认定的标准，新 一代薄膜太阳能电池的厚度应在50um以下。这意味 着必须使较长波段的光在薄膜的上下表面间来回反射， 以增加其光程，达到提高吸光率的目的。
Add Your Title
6.多晶硅Leabharlann Baidu膜制备方法
化学气相沉积法(CVD)
Add Yur Title
用化学气相沉积法(CVD),在铝陶瓷衬底上沉积 3μ m～5μ m的硅薄膜。为了获得高质量的硅薄膜,铝陶 瓷衬底上预先沉积Si3N4/TiO2(650×10-8 cm)双层减 反射膜.在硅薄膜沉积时,引入硼掺杂.用CW-Ar激光束熔 化沉积的硅膜,在氮气氛中,400℃～500℃下再结晶.制备 薄膜太阳电池时,用常规方法进行p扩散和沉积ITO膜,用 氢等离子来钝化晶体缺陷.
(1) 3-5KW家 庭屋顶并网发 电系统;(2)光 伏水泵:解决无 电地区的深水 井饮用、灌溉
太阳能 建筑 将太阳能发电 与建筑材料相 结合，使得未 来的大型建筑 实现电力自给
8. 电池的研究方向
01 如何加大晶 粒粒度从而 减少晶界 02 03
如何钝化晶界
如何使晶粒具 有择优取向从 而避开晶界的 影响
9.电池的应用领域
通讯领 域 交通领 域 如航标灯、铁 路信号灯、高 速公路/铁路 无线电话亭、 无人值守道班 供电等 用户电 源
光缆维护站、 广播/通讯/寻 呼电源系统;农 村载波电话光 伏系统、小型 通信机、士兵 GPS供电等
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4
3.电池的结构
前电极 P型 N型 背电极 绝缘膜 增透膜
支撑衬底
4.电池的制备工艺
补底的制备 和选择
隔离层 的制备
籽晶层 的制备 晶粒的 增大 多晶硅 薄膜制备
钝化
电极 制备 电学 Text Text 限制 in in PN结 光学 here 制备 限制 here
5. 电池对薄膜的基本要求
6.多晶硅薄膜制备方法
固相结晶法(SPC)
开始材料α -Si用SiH辉光放电沉积在平面或绒面 衬底上,沉积时加PH3,形成p-掺杂层, p-掺杂层典型的 厚度为170nm,在其上沉积不掺杂的α -Si层.通过改变 沉积条件,如压力、RF功率等来改变不掺杂的α -Si层 的结构.沉积后,在真空中600℃下进行退火,使α -Si层 进行固相结晶,形成多晶硅。
1.多晶硅薄膜厚度为5μ m ～ 150μ m
2.多晶硅薄膜的宽度至少是厚度的一倍
3.少数载流子扩散长度至少是厚度一倍
4.衬底必须具有机械支撑能力
5.良好的背电极
6.背表面进行钝化 7.良好的晶粒界
6. 多晶硅薄膜制备方法
1 半导体液相外延生长法（LPE）
2 区熔再结晶法(ZMR法)
3 等离子喷涂法(PSM) 4 固相结晶法(SPC)
5 化学气相沉积法(CVD)
6.多晶硅薄膜制备方法
半导体液相外延生长法（LPE）
LPE法生长技术已广泛用于生长高质量和化合物 Add Your Title 半导体异质结构，也可以在平面和非平面衬底上生长 , 能获得结构完美的材料。近年来用LPE技术生长晶体 硅薄膜来制备高效薄膜太阳电池引起了广泛的兴趣。 LPE生长可以进行掺杂,形成n-型和p-型层,LPE生长设 备为通用外延生长设备,生长温度为300℃～900℃,生 长速率为0.2μ m/min～2μ m/min,厚度为0.5μ m～ 100μ m.外延层的形貌决定于结晶条件,并可直接获得 具有绒面结构的外延层。
6.多晶硅薄膜制备方法
等离子喷涂法(PSM)
硅粉在高温等离子体中加热熔化,熔化的粒子沉 积在衬底上,衬底由加热器加热、沉积前,用红外热偶 测试衬底温度,使之保持在1200℃. 沉积的多晶硅膜厚 度为200μ m～1000μ m。用等离子体喷涂沉积多晶 硅薄膜太阳电池,全部采用低温度等离子CVD工艺。 用碱或酸溶液腐蚀沉积的多晶硅层,在其上于200℃用 等离子CVD形成厚度为200×10-8cm的微晶硅作为发 射层,并制备ITO减反射层和银浆电极构成太阳电池。
6.多晶硅薄膜制备方法
区熔再结晶法(ZMR法)
在硅上形成SiO2层,用LPCVD法在其上沉积硅层, 将该层进行区熔再结晶(ZMR)形成多晶硅层。为了满 足光伏电池对层厚的要求,在ZMR层上用CVD法生长一 定厚度的硅层作为激活层,用扫描加热使其晶粒增大至 几毫米,从而形成绝缘层硅(sol). 为制备多晶硅薄膜太阳 电池,在激活层表面进行腐蚀形成绒面结构,并进行n型 杂质扩散形成p-n结,然后进行表面钝化处理和沉积减 反射层,并制备电极,进行背面腐蚀和氢化处理,制作背电 极,即制成多晶硅薄膜太阳能电池。
7.如何提高电池转换效率
• 使薄膜电池上表面 反射系数Rf接近于 0，通常采用由 ZnS、MgF、 TiO2和Si构成的 单层或多层减反膜 • 使薄膜电池背面的 反射系数Rb接近理 想的100％，通常 用在基片上蒸镀金 属膜作为反射层的 方法增加电池背面 的反射系数。
提高吸光率
要使吸光率A（λ）在宽谱带范围 内达到高值，可以采取2种方法。