微晶硅锗薄膜作为近红外光吸收层在硅基薄膜太阳电池中的应用
锗太阳能电池
锗太阳能电池的原理与应用一、引言太阳能作为一种清洁、可再生的能源形式，在近年来得到了广泛的关注和应用。
然而，传统的太阳能电池存在着能量转换效率低和制造成本高的问题。
为了克服这些问题，锗太阳能电池作为一种新型的太阳能电池技术被提出，并在能源领域引起了极大的关注。
二、锗太阳能电池的原理锗太阳能电池利用锗半导体材料的特性来将太阳能光子转化为电能。
锗是一种具有良好光电转换性能的材料，具有较高的光吸收系数和较小的电子亲和能，可以实现高效的电子载流子的分离和传输。
锗太阳能电池的基本结构包括p型锗材料和n型锗材料之间的p-n结和表面的金属电极。
当太阳光照射到锗太阳能电池上时，光子被吸收，导致锗材料中的电子受激跃迁到导带，形成电子-空穴对。
在电场的作用下，电子和空穴将分别向p区和n区运动，并在界面处产生电流。
通过金属电极引出，电流就可以被外部负载利用。
三、锗太阳能电池的优势与传统的硅太阳能电池相比，锗太阳能电池具有以下优势：1.较高的光吸收系数：锗材料对太阳光的吸收能力更强，能够将更多的光子转化为电能；2.较高的光电转换效率：由于锗材料具有优异的光电转换性能，锗太阳能电池的光电转换效率较高，可以实现更高的能量转换效率；3.宽波段响应：相比硅太阳能电池，锗太阳能电池对光的波长范围响应更宽，使得在不同光谱范围内都能够进行高效的能量转换；4.抗辐照性能强：锗材料具有较高的抗辐照能力，可以在高辐射环境下工作，适用于宇航和卫星应用等特殊环境。
四、锗太阳能电池的应用前景锗太阳能电池具有广阔的应用前景，特别是在需要高效能量转换的场景下，如：1.太空探索：由于锗太阳能电池具有较高的抗辐照性能，可以在太空环境中提供可靠的能源供应；2.科学研究：锗太阳能电池的高光电转换效率可以用于光谱分析和科学实验中的能源供应，为科学研究提供更可靠的动力支持；3.军事应用：锗太阳能电池适用于军事领域的能源供应，如远程监视、无人机等；4.移动电源：由于锗太阳能电池具有较小的重量和体积，可以作为便携式充电设备的电源。
微晶硅薄膜太阳能电池
微晶硅薄膜太阳电池制备技术的研究
PECVD等离子体增强化学气相沉积技术的原理是利用低温等离子体作能 量源，样品置于低气压下辉光放电的阴极上，利用辉光放电使样品升温到 预定的温度，然后通入适量的反应气体，气体经一系列化学反应和等离子 体反应，在样品表面形成固态薄膜。 1. P层的制备：在P-a-Si:H的基础上，通过加大氢稀释，适当调整辉光 功率、反应气压以及衬底温度，可以获得P-μc-Si:H薄膜。
三、将重点介绍微晶硅薄膜太阳电池的制备技术以及其 技术优化。
河北工程大学毕业论文演示文稿
同其它薄膜太阳电池相比，微晶硅薄膜太阳电池具有以下 应用优势： 具有低成本优势。 具有较高的电导率、高的吸收系数和无明显光致衰减现象。 具有易实现大面积制备、集成化等优点。 在对太阳光谱不同波段的有效光电转换方面与非晶硅薄膜 电池可形成很好的互补。
微晶硅薄膜太阳电池制备技术的研究
硅基薄膜玻璃衬底太阳电池组件结构完整、美观、 弱光发电效果好，除用于大型光伏电站外，还可安装于 建筑物任何部位并与建筑融为一体，完美演绎建筑光伏 一体化（BIPV）的绿色建筑理念。
成品薄膜太阳电池
河北工程大学毕业论文演示文稿
器件质量级微晶硅材料的表征
特性 晶体率（拉曼） 晶粒的方向（XRD） 暗电导率（AM1.5，100Mw/cm2 ） 光敏性 激活能 氧含量 缺陷态密度 要求 40%-70% (220)择优取向 10-8-10-7Ω -1 cm-1 102-103 ≥0.5eV 2×1019 cm-3 <1016 cm-3
河北工程大学毕业论文演示文稿
微晶硅薄膜是介于非晶硅和单晶硅之间的一种混合 相无序半导体材料，是由几十到几百纳米的晶硅颗粒 镶嵌在非晶硅薄膜中所组成的，它兼备了非晶硅和单 晶硅材料的优点，被认为是制作太阳电池的优良材料。
微晶硅薄膜太阳能电池课件
目前，微晶硅薄膜太阳能电池 的生产成本仍然较高，需要进 一步降低成本以扩大市场份额。
为了提高能源转换效率和降低 成本，需要不断进行技术创新 和研发。同时，还需要解决生 产过程中对环境的影响问题。
政府对可再生能源的支持和鼓 励政策对微晶硅薄膜太阳能电 池行业的发展至关重要。政策 的稳定和持续有利于行业的长 期发展。
光电转换原理及能量转化过程
光电转换原理
微晶硅薄膜太阳能电池利用光照射在半导体材料上，产生电子-空穴对，电子 和空穴在外电场的作用下分离，分别聚集在电池的两端，产生电压和电流。
能量转化过程
光能转化为电能的过程，通过光伏效应实现。
电池性能参数及影响因素
性能参数
主要包括短路电流、开路电压、填充因子、转换效率等。
薄膜表面处理
通过刻蚀、光刻等技术处理薄膜表面，提高微晶硅薄膜的光电性能。
封装保护
将微晶硅薄膜太阳能电池封装在保护壳内，以保护其不受环境影响，提高其稳定 性和耐久性。
04 微晶硅薄膜太阳 能电池的应用与 市场前景
应用领域及实例
01
02
03
04
建筑行业
将微晶硅薄膜太阳能电池集成 到建筑外墙、屋顶和窗户中， 为建筑物提供可再生能源。
制造工 艺
钙钛矿太阳能电池的制造工艺相对简单，但需要使用有毒物质，对 环境造成一定影响。而微晶硅薄膜太阳能电池的制造过程相对环保。
使用寿命
钙钛矿太阳能电池的使用寿命较短，需要进一步改进和完善，而微晶 硅薄膜太阳能电池的使用寿命较长。
06 研究进展及展望
新型微晶硅薄膜太阳能电池的研究进展
实验室成果
05 微晶硅薄膜太阳 能电池与其他太 阳能电池的比较
晶体硅太阳能电池的比较
微晶硅薄膜太阳电池关键技术的研究与模拟的开题报告
微晶硅薄膜太阳电池关键技术的研究与模拟的开题报告一、课题背景和意义太阳能电池是一种将光能转化为电能的器件，其应用已经涉及到了生活的方方面面。
对于太阳能电池而言，提高其光电转换效率是提升其实际利用价值的有效手段。
微晶硅薄膜太阳电池在光电转换效率、制造成本等方面具备优势，因此是目前研究较为活跃的太阳能电池类型之一。
针对微晶硅薄膜太阳电池的制造工艺和关键技术进行研究是提高其光电转换效率的基础。
在科学研究中，常常会利用计算机进行建模和模拟，研究形成该结构的关键因素，进而确定如何实现最佳性能。
本文旨在研究微晶硅薄膜太阳电池的关键制造工艺和技术，通过数值模拟对其光电转换性能进行分析，为其实际应用提供理论依据和技术支持。
二、研究内容和方法1. 研究目标：（1）理解微晶硅薄膜太阳电池的制造原理和关键技术；（2）研究微晶硅材料的光学性质，并建立光学模型；（3）使用有限元方法对微晶硅材料的电学性质进行建模；（4）结合微晶硅材料的光学和电学性质，建立微晶硅薄膜太阳电池的模型；（5）利用该模型对微晶硅薄膜太阳电池的光电转换性能进行分析。
2. 研究方法：（1）文献调研：对微晶硅薄膜太阳电池的制造原理和关键技术进行综述，并对目前已有的研究成果进行梳理；（2）光学建模：使用光学软件对微晶硅材料的光学特性进行建模；（3）电学建模：采用有限元分析软件对微晶硅材料的电学性质进行建模；（4）模型建立：结合微晶硅材料的光学和电学模型，建立微晶硅薄膜太阳电池的模型；（5）性能分析：利用该模型对微晶硅薄膜太阳电池的光电转换性能进行分析，包括光吸收率、光电转换效率等指标，并对其优化方法进行讨论。
三、预期成果本研究将通过对微晶硅薄膜太阳电池的制造工艺和关键技术进行分析，建立微晶硅薄膜太阳电池模型，通过数值模拟对其光电转换性能进行分析，进一步了解微晶硅薄膜太阳电池的特性，为其在实际应用中提高光电转换效率提供技术支持。
预期成果包括：（1）建立微晶硅薄膜太阳电池光学和电学模型；（2）对微晶硅薄膜太阳电池的光学和电学性能进行建模和分析；（3）提出微晶硅薄膜太阳电池的优化策略，为其实际应用提供技术支持。
微晶硅材料及其在太阳能电池中的应用
图３［ｉ６１给出了不同结构硅薄膜 的拉曼散射谱。单晶硅拉曼散射峰 位于５２０ｃｍ一１处，这个峰对应着晶 体硅中的类横向光学口０）模式。对 于晶化率比较高的微晶硅薄膜，对 应拉曼散射峰的位置非常靠近单 晶硅，但有些偏移，通常在５１８ｃｍ＿ 处，对应散射峰宽度也要大于晶体 硅的散射峰宽度。而对于非晶硅薄 膜，其对应拉曼散射峰在４８０ｃｍ。 处，是非晶硅的类ＴＯ模式。对于晶 化率不是很高的非晶／微晶过渡区 材料，其材料的主体峰位仍然在 ５２０ｃｍＪ左右，但对应的低波数端 强度明显增大，显示样品中非晶成 分比较多。
的变化而变化，图２显示了微晶硅
的微结构随着晶化率的降低而发 生的变化。在左边高晶化率结构如 前所述，从高晶化率区到非晶区的
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图３单晶硅、非晶硅和不同晶化率微晶硅的典型拉曼散射谱【１６】
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拉曼频移／ｃｍ一１ 图４典型微晶硅的三峰高斯拟合
５０
Ｖ０１．４３．ＮＯ．８
收稿日期：２００６—０５—１５；收到修改稿日期：２００６—０６—２６
基金项目：天津市科技发展计划项目（Ｎｏ．０６ＹＦＧＺＧＸ０２１００）；教育部光电子信息技术科学重点实验室开放课题（Ｎｏ．２００５—１８）；南 开大学博士启动基金（Ｎｏ．Ｊ０２０３３）
作者简介：俞远高（１９７８－），男，江苏人，河北工业大学硕士研究生，研究方向为新型半导体材料与器件。Ｅ—ｍａｌｌ：ｙｕｙｇ＿２０００＠１６３．ｃｏｒｎ 导师简介：杨瑞霞，男，河北人，河北工业大学教授、博士生导师，研究方向：新型半导体材料与器件，集成电路设计。
锗在空间太阳能电池中的应用
锗在空间太阳能电池中的应用胡国元韩兆忠北京有色金属研究总院,北京,100088)摘要：用锗作为衬底制作的GaAs/Ge太阳舱电池,其性能与G.As/GaA,电池接近,机械强度更高,单片电池面积更大.在空间应用环境下,杭辐封闺值比硅电池高,性能衰退小,其应用成本接近于同样功率的硅电池板,已应用于各型军用卫星和部分商业卫星中,逐步成为主要的空间电源。
关键词：锗太阳能电池应用1引言经过40多年的发展,太阳能电池已被证明是各类航天器的非常有效的电源,研究和应用较多的有Si, GaAs, GaAs多结,I.P,CIS(C.InSe2)和CdTe电池.直到8.年代,硅太阳能电池因其技术成熟,性能稳定,一直是主要的空间电源.通过IBM最初的尝试和休斯公司,林肯实验室等的努力,人们逐渐认识到GaAs太阳能电池是空间电源的新的发展方向.从80年代初开始,美国空军资助的MANTECH计划和应用太阳能公司的研究表明,GaAs太阳能电池具有良好的应用特性W进步的研究证明了在Ge衬底上异质外延GaAs制成的GaAs/Ge电池具备同样的特性.InP电池具有优秀的抗辐射能力,但目前制造成本太高.CIS和CdTe薄膜电池转换效率低,仅用于一些特殊要求的电池板.Si电池技术继续发展,转换效率达15纬甚至接近18%,但其抗辐射能力差使其应用受限,Si电池将更多地应用于低温低照度条件.n GaAs or Gs 2 GaAs/Ge电池的结构GaAs太阳能电池的结构如图I所示[z],主要包含GaAs缓冲层,n型GaAs基极,P型GaAs发射极和AIG.A.窗口,衬底采用GaAs或Ge片.电池的制备方法早期多采用液相外延.现在基本上采用MOCVD法,亦称为MOVPE方法.因为锗比砷化稼机械强度高,解理性小,又易得到大尺寸的高质量单晶,用锗取代砷化稼作为太阳电池的衬底,可以生产出较薄的衬底片,减轻电池重量,降低生产成本,增大单片电池面积,目前已大量应用.BACK CONTACT一一图I GaAs太阳电池结构Fig I GaAs solar cell structure锗衬底片选择偏向1-60的(100)锗单晶,厚度一般为200.m,电阻率..005^-0. 4D cm,晶格完整性尽可能好.在Ge衬底上进行GaA,异质外延有两个主要问题,一是晶格缺陷,另一个是反相畴.衬底晶向的偏离可以避免进行GaAs异质外延过w中出现反相畴现象(APBs),同时减轻由于晶格常数差异引起的外延层中的缺陷,抑制Ga的反扩散C2-q.在CVD异质外延中采用负压大流量工艺和合适的m/V比有助于抑制外延层中位错和层错的产生,冷却速度也对位错密度产生影响Cs-tl.用等离子氢饨化处理衬底可以降低位错活性,减轻其对太阳电池性能的影响[s.7Bongers等人尝试在锗衬底上外延InGaAs作为对GaAs晶格失配的过度层.of,在外延层上位错密度与衬底相比保持不变.双结和三结电池的结构示意图见图2,底层电池的禁带宽度较窄,能吸收较长波长的光,从而提高电池效率.在电池级间采用重摇杂的隧道结进行欧姆接触,可以避免产生整流效应.3 GaAs/Ge电池与硅电池的性能比较1991年以前生产的GaAs电池尺寸为8c.2,以后电池的尺寸逐渐增大到16c.', 36c.',现在可生产50.60cm2的GaAs/Ge电池,厚度减小到200140mm,只有其它半导体器件衬底厚度的一半.电池转换效率从1985年的17%增加到"写(AMO,25"C),比硅太阳电池效率高20肠-25%,而且输出《功能材料》增刊1998 10功率随温度增加而减小的幅度只是硅电池的一半.虽发射成本,则选择GaAs太阳能电池更加经济.表1然GaAs/Ge电池的成本是硅电池的8.8倍,重量是对1M (EOL )G.As/Ge电池与硅电池制造和应用过硅电池的2倍,但制作同样功率的空间太阳能电他程中的各项指数作一比较,表中未考虑电池板面积减板,GaAs电池板的面积比硅的小35纬,重量减少小导致发射成本的减少27吓,而电池板制造成本仅增加16%[11'.如果考虑到表1 1kW (EOL)Si,GaAs电池板比较Table 1 Comparison of 1kW (EOL) Si, GaAs/Ge solar panels电池类型2 X 4crn'单片电池重量9/Ml单片电池成本$ /cell电池数重电池板面积 m2ftkg功率 kW(EOL)电池板成本$M发封到LEO轨遗成本$M发射到GEO软道成本$MSiGaAs/Ge:.:::1513312400810011.667. 63::.:::;一:::.::::.:::OAR coaun口一一mj日科51:二n"AIInP".日日】们PP.C日.PP峨fi.aT P沁"G.M咐+.G日户吕a " GaInPn 〔a八sP"GaAap 右.I.PGe or GaAs Sub心.日臼a口r-ee一们与.,司n"AIIrP一n"GaInppC创nPPPIR,aSnPP-"GaAsn"+" Ga户,n- Galnpn . G.A.p.勺r p.冗而护气0日Ae护}"G目月,n"AIGaA!n.白P,心.匆b为d几n叫Metal-Wt图2多结GaAs电池结构;T意图Fig 3 Cross-section of multijunction GaAs cell为了进一步提高转换效率,美国再生能源实验室(National Renewable Energy Laboratory)等单位研制了多结电池,双结GaInP"/GaAs/Ge电池效率已达到24. 2 0 o (AMO, 28 "C ).三结电池的转换效率可达26. 5%. 1993年,R.. Venkatasubramanian等人第一次用成本较低的光学级锗多晶作衬底研制的GaAs/Ge电池,转换效率也达到了15.8%(AML 5,25"C)t" ).空间太阳能电池的耐辐射能力对保证航天器顺利完成任务起着至关重要的作用,GaAs/Ge太阳电池抗空间粒子辐射的能力明显高于硅太阳能电池W7.二者受辐射引起性能衰退的机理都是因辐射造成晶格畸变导致少子寿命(扩散长度)缩短,从而使效率降低,GaAs和Ge的抗辐射闽值较硅高,其受外层空间辐射引起的性能衰退比硅要小.1991年发射的U-oSAT一5小卫星(770km, 980偏角),稳定运行三年多以后,高效硅太阳能电池(BOL,15. 5沁)和GaAs/Ge太阳电池(BOL,18. 5%)输出功率的变化见图护火空间辐射换算为1Mev当量电子照射的影响).19"年月31日发射的欧洲"尤里卡"航天器,其上搭载的ASGA项目提供了在低轨道GaAs太阳电池工作性能的极有价值的结果,表2为电池板各项参数的比较Rs7,在291夭全部实验过程中无一电池失效,所有电池板性能退化情况可忽略,GaAs/Ge电池显示出较高的工作温度.表2 GaA,电池空间运行一年前后性能比较Table 2 Comparison of GaAs cells(pre- and post- 1 year flight) 电池厚度拜ITI发射前(1992. 3)回收后(1993.9)A第1.天B第291天B/A(1.(.A)Vc(mV)效率(%)(Isc(mA)v沈(mV)效率(%)孵(mw)xh*仁m认)MO-GaAs/GeMO-GaAsMO-GaAsMO-GaAsLPE-GaAsLPE-GaAs200300300300100300380398383361367376102710181004101099118.418.617.517.716.417.137939737835836337510131018984100298699418.118. 716.617.016. 317.42642732312642622702282620.9920.9890. 9870. 9921功能材料》增刊1998 10 |恤日日r!r'卜....... 一}一{{{}纵,「一,司币{}'粗I州凡11}\I!闷GaAs/Ge太阳电池是一种性能优良的空间用太阳能电池.表3近几年通讯卫星功率豁求Tab1e3CurrentlyP1annedcommunicationsatellite SystemS1日eV当盘电子流(e八砰)(a)高刀硅电池一}{1I,一}}},,.{"'卜率'!}}}丫,,1一,,一}{!l}{{l{}{IMev当t电子流(e/'mZ)(b)GaAs/Ge电池困3UoSAT一5电池功率变化Fig5PodegradationcurvesofUoSAT一scells1996年,休斯航天与通讯公司为Measat航天器应用,对GaAs/Ge电池特性进行评价,测定了辐射环境,温度,人射角对电池电性能参数的影响,并对电池反向耐压卷定性,光学和热学性能,机械强度和热循环性能进行测试,建立起完整的性能参数数据库[1e]. 名称卫星数童恶总功率雷求(BOL)(kw)年功率常求(kw)Iridium玩marsatGlobalstarAriesodyesseyEI!ipsoM一Sat弓6(+30)10(十2)4848121631030014141420103543710020060100100255510401020206104J总55.总:110Teledesic(器)70064001100山勺习哎,1哎1卜工N工让0韶砚,卜几川J曰砚李J喊一匕2一比0户,.E' 4GaAs/Ge太阳电池的应用GaAs/Ge太阳电池转换效率比硅太阳电池高2.%~25%,一个显著的优点就是卫星的电池板面积大大缩小(或者说同样面积电池板可获得更大的功率),电池板重量减轻,因此节省发射嫩料.电池板面积缩小可增加卫星舱拢带空间,对LEO轨道卫星来说,还惫味着减小拖曳力,从而减少星载火箭的燃料.过去几年中,随GaAs/Ge太阳电池用量的增加,电池的制造成本也降低到1991年的一半左右.90年代初,GaAs/Ge太阳电池就己应用于欧美国家的各型军用卫星,随后迅速扩展到商业用户中,需求量也急剧增加.表3列出了近几年通讯卫星对电源的需求[lj.1994年发射的两颗同步转移轨道〔GTO)卫星sTRVIA和STRvIB,主电源采用GaAs/Ge太阳电池和GaAs/GaA3太阳电池,并对35种不同类型的空间太阳电池进行检测和比较.1992年7月发射的Eu-RECA卫星,其搭载的ASGA项目就是对GaAs/Ge太阳电池和GaAs/GaA,太阳电池的性能进行评价,经过10个月6000多次热循环和SO0km高空LEO轨道辐射环境的考验,19卯年7月返回测试.证明了NASA小卫星技术启步计划(SSTD之一的改进型小卫星"CLARK',于1996年发射,星上有两块电池板主电池板采用5.smiJGaAs/Ge太阳电池,最小提供350W,37V(EOL)的直流电源,完全满足卫星工作需求,副电池板采用GaAs/Ge(116w,37v),多结电池(138w,a7v)和cls电池(>6ow)〔,7」.该星用反射板聚光系统,比常规的电池板减少韶%的太阳电池用量. 用于研究极光等离子物理的FAST卫星要求保持最小的等离子体扰动,同时要求足够的能源保证星上各种测量仪器的工作,该星应用电池表面贴装技术,使用Ts225片小于4cmZ的0.14mmGaAs/Ge太阳电池,保证了60~loow(34V)的功率[,8〕.将于1998年发射的EOSAM一1是Goddard航天飞行中心系列遥感卫星中的第一颗,它使用单电池板,要求在低地极轨道运行5年后电池板的功率保证skw(127V),拟采用0.14mmGaAs/Ge太阳电池制作的柔性太阳电池板[19〕.无人驾驶太阳能飞机随高度增加功率增大,无废气排放,巡航速度慢,特别适合于大气研究,如臭氧监测和天气预报,遥测,地图绘制等,军事上由于其体积小,不易被雷达探测,可用于敏感地区的情报收集.NASA路易丝研究中心研制的太阳能飞机采用264片6又6cmGaAs/Ge电池,地面测试功率可达12ow〔2妇.1996年12月肯尼迪太空中心发射的"火星探路者"于1997年7月4日在火星着陆,其携带的微型探《功能材料》增刊1995 10测小车"旅居者"(sojourner)装备多种谱分析仪对火星表面进行研究,并将数据传回地球,小车的能源包括一块太阳电池板和一组锉电池,作为主要能源的太阳能电池板位于小车顶部,由234片GaAs/Ge电池组成,面积0. 22m2,重量0.340kg,在火星中午时可提供16.5W的功率(在地球可提供45W功率,]SUN,/AMO).探测小车预计工作一个星期,实际工作了40多天.at Conference held in Florence, Italy, 1991,495-500 Yuan Li, et al. 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Scheirran, et al, 24th IEEE PVSC, 1994,Vol. 1 ,2006-2009Applications of Germanium in Solar CellHu Guoyuan Han Zhaozhong(The General Research Institute for Non-ferrous Metals, Beijing,100088,China)ABSTRACT Using Germanium as its substrate, GaAs/Ge has as good performance as GaAs/GaAs cell, andhas higher strength and can get bigger area single pared with Si solar cells, GaAs/Gs solar cellshows better radiation resistance, lower performance degradation in spaceenvironment, close launch cost oreven cheaperpower.KEY WORDSGaAs/Ge solar cell has been widely applied in various satellites and is becoming the main spacegermanium, solar cell, application（本资料素材和资料部分来自网络，仅供参考。
硅基锗薄膜的红外吸收谱和电学特性
硅基锗薄膜的红外吸收谱和电学特性温淑敏;赵春旺;王细军;李继军;侯清玉【摘要】为了解退火对硅基锗薄膜的质量、红外吸收、透射率和电学性质的影响,采用分子束外延方法用两步法在硅基上生长锗薄膜.将生长后的样品分成两部分,其中一部分进行了退火处理.对退火前后的样品用高分辨X射线双晶衍射仪测量了(400)晶面的X射线双晶衍射摇摆曲线,用傅里叶红外光谱仪测量了红外透射率和吸收谱,并用霍尔效应仪测量了退火前后样品的载流子浓度、迁移率、电阻率、电导率和霍尔系数.结果表明,退火后的薄膜质量明显提高.退火后大部分区域吸收增大,透射率明显减小,615～3 730 cm-1区间的透射率均比退火前降低了20％以上.退火后的体载流子浓度增大到退火前的23.26倍,迁移率增大到退火前的27.82倍.【期刊名称】《发光学报》【年(卷),期】2016(037)010【总页数】5页(P1177-1181)【关键词】硅基锗薄膜;红外吸收谱;载流子浓度;迁移率;电导率【作者】温淑敏;赵春旺;王细军;李继军;侯清玉【作者单位】内蒙古工业大学理学院,内蒙古呼和浩特010051;内蒙古工业大学理学院,内蒙古呼和浩特010051;上海海事大学文理学院,上海201306;乌兰察布广播电视台,内蒙古集宁012000;内蒙古工业大学理学院,内蒙古呼和浩特010051;内蒙古工业大学理学院,内蒙古呼和浩特010051【正文语种】中文【中图分类】O722;O484.4锗具有优异的物理、化学特性,是制造红外探测器、光导纤维、高速微电子器件、集成电路和热电设备的首选材料之一。
电阻率均匀的锗单晶材料在1～3 μm、3～5 μm、8～12 μm的红外波段对光有较高的透过率，可用作红外光学器件和棱镜[1]。
此外，半导体锗在常规光通信波段1.3～1.6 μm处的吸收特性优异，使其在光通信器件方面具有一定优势[2]。
锗的载流子迁移率大,利用锗材料的高载流子迁移率可获得更好的电学性能。
硅锗合金调研报告
硅锗合金调研材料1锗的物化性质锗（Ge），原子序数为32，粉末状呈暗蓝色，结晶状为银白色脆金属，密度5.35 g/cm3，熔点937.4 o C，沸点2830 o C。
值得关注的是，锗具有良好的半导体性质，如电子迁移率和空穴迁移率等，因此对物理和电子学的发展有重要作用。
锗为稀有金属，化学性质稳定，常温下不与空气或水蒸汽作用，但在600 o C 至700 o C时很快生成二氧化锗。
锗与盐酸、稀硫酸不起作用，但溶解于热的浓硫酸以及硝酸和王水。
碱溶液与锗的作用很弱，但熔融的碱在空气中能使锗迅速溶解。
此外，锗与碳不起作用，所以在石墨坩埚中熔化时不会被碳所污染。
2硅锗合金近年来，随着国家光伏产业的发展，锗在太阳能电池方面的应用研究已成为热点之一。
其中，硅-锗合金对光具有高吸收系数，尤其能够有效增加对长波段光的吸收，因此可以使吸收层制作得很薄，这样载流子的传输距离更短更有利于收集，从而能够得到较高的填充因子，同时也减轻了光致衰减效应。
均匀的硅锗合金材料可采用区熔法、直拉法、粉末冶金法和化学气相沉积法制备。
其中，采用直拉技术拉制的高质量的硅锗合金单品由于没有边界散射效应，并且具有机械稳定性和均匀性好的优点而成为使用较多的材料之一。
3 硅锗合金在光伏领域的应用硅材料是太阳能电池领域的主要应用材料，包括单晶硅、多晶硅和薄膜非晶硅等。
其中单晶硅和多晶硅在太阳能光电材料中占主导地位，但是由于晶体硅材料的禁带宽度为1.12 eV，太阳能光电转换效率较低，并且在可见光范围内硅的光吸收系数远远低于其他太阳能材料，因此在制备晶体硅太阳能电池时，硅片的厚度需要在150-200μm 以上，才能有效地吸收太阳能。
另外，非晶硅薄膜电池存在光致衰退效应，导致其光电转化效率明显下降。
然而，锗硅合金因具有光吸收率高、禁带宽度可调和光谱响应范围可拓宽等优点，可以与现有光伏电池工艺技术完全兼容，比较容易实现高效率的目标。
3.1太阳能电池薄膜薄膜太阳能电池可采用单结或多结结构，其中单结结构因其稳定性差和效率低已较少采用，因此稳定性好、效率高的多结叠层太阳能电池成为薄膜太阳能电池的发展方向，并且目前多采用三结太阳能电池结构。
薄膜技术在光电器件制备中的应用研究
薄膜技术在光电器件制备中的应用研究在光电器件制备中，薄膜技术被广泛应用，并且逐渐成为光电器件制备的主要方法之一。
薄膜技术可以通过在基片表面制备各种不同材料的薄膜，从而实现对光电器件性能的调控和优化。
本文将探讨薄膜技术在光电器件制备中的应用研究，并重点介绍薄膜技术在太阳能电池、光电二极管和薄膜晶体管等器件中的应用。
太阳能电池是当前可再生能源领域的热点研究方向之一。
薄膜技术在太阳能电池的制备中具有重要作用。
其中，薄膜光伏技术可以通过制备不同材料的薄膜层，提高光电转换效率。
例如，硅薄膜太阳能电池利用非晶硅或微晶硅薄膜作为光电转换层，以提高太阳能电池的光吸收能力和电池效率。
此外，新型的薄膜太阳能电池如染料敏化太阳能电池和钙钛矿太阳能电池，也在薄膜技术的支持下取得了显著进展。
另一个光电器件中广泛应用薄膜技术的领域是光电二极管。
光电二极管可以通过控制材料和薄膜层的制备以及结构的设计，实现不同波长的光电转换。
例如，有机光电二极管利用有机分子材料制备薄膜层，具有低成本、柔性可弯曲等优点。
同时，使用不同的有机材料可以实现对光电二极管的光电性能进行调控。
此外，利用非晶硅或其他半导体材料制备的光电二极管也被广泛应用于显示技术、光通信等领域。
除此之外，薄膜技术在薄膜晶体管的制备中也发挥着重要的作用。
薄膜晶体管具有高场效应迁移率和快速开关速度等优点，可以应用于平面显示、光电传感器等领域。
其中，低温多晶硅薄膜晶体管（LTPS TFT）是一种非常有前景的技术。
其利用薄膜技术制备出高度晶化的低温多晶硅薄膜，从而实现了高效的电子输运性能和较快的晶体管开关速度。
光电器件制备中的薄膜技术不仅可以改善器件的光学性能和电学性能，还可以提高器件的热稳定性和可靠性。
此外，薄膜技术还可以实现对光电器件的结构和形态的调控，比如制备纳米级别的薄膜，实现对光学和电学性能的进一步优化。
例如，通过调控薄膜的厚度、材料、晶格结构等参数，可以实现对材料带隙、折射率和导电性等特性的调整。
薄膜太阳电池系列讲座(12)硅基薄膜太阳电池(四)
薄膜太阳电池系列讲座(12)硅基薄膜太阳电池(四)张晓丹;赵颖;熊绍珍【摘要】图16为以等离子体内SiH3为生长前驱物模式的硅薄膜沉积示意图.rn 此模型中假设在SiH3离子落向衬底之前,表面将被H覆盖.首先SiH4在等离子体内与电子发生碰撞,(1)电子将自己的动能给予SiH4,使其分解成SiH3和H原子;(2) SiH3附着于衬底表面;(3) SiH3在表面覆盖有H的帮助下,在衬底表面运动以寻找合适的成键位置;(4)最后在能量最低处与表面硅的悬键键合生成表面Si层上的原子之一;(5)上式分解出的原子H或表面覆盖的H,反过来也可能与SiH3反应生成气态的硅烷而回到等离子体中去.【期刊名称】《太阳能》【年(卷),期】2012(000)009【总页数】4页(P9-12)【作者】张晓丹;赵颖;熊绍珍【作者单位】南开大学光电子薄膜器件与技术研究所;光电信息技术科学教育部重点实验室;光电子薄膜器件与技术天津市重点实验室【正文语种】中文图16为以等离子体内SiH3为生长前驱物模式的硅薄膜沉积示意图。
图16 以SiH3为生长前驱物硅层生长模式示意图此模型中假设在SiH3离子落向衬底之前，表面将被H覆盖。
首先SiH4在等离子体内与电子发生碰撞，(1)电子将自己的动能给予SiH4，使其分解成SiH3和H原子；(2)SiH3附着于衬底表面；(3)SiH3在表面覆盖有H的帮助下，在衬底表面运动以寻找合适的成键位置；(4)最后在能量最低处与表面硅的悬键键合生成表面Si 层上的原子之一；(5)上式分解出的原子H或表面覆盖的H，反过来也可能与SiH3反应生成气态的硅烷而回到等离子体中去。
H对刚生成的硅键有刻蚀作用。
那些附着于表面、尚未找到最佳位置的生长前驱物或已经键合的Si－Si键，因为能量较高常常为不稳定状态。
此时具有一定动能的H原子或H离子，会与之形成以下反应：该式为放热反应。
其释放的能量有利于生长前驱物SiH3在表面的迁移。
(完整版)(整理)硅基太阳能电池的发展及应用
.. 硅基太阳能电池的发展及应用摘要：太阳能电池是缓解环境危机和能源危机一条新的出路,本文介绍了硅基太阳能电池的原理,综述了硅基太阳电池的优点与不足，以及硅基太阳能电池和其他太阳能电池的横向比较,硅基太阳能电池在光伏产业中的地位，并展望了发展趋势及应用前景等。
关键词：硅基太阳能电池转换效率1引言二十一世纪以来，全球经济增长所引发的能源消耗达到了空前的程度。
传统的化石能源是人类赖以生存的保障,可是如今化石能源不仅在满足人类日常生活需要方面捉襟见肘，而且其燃烧所排放的温室气体更是全球变暖的罪魁祸首。
随着如今全球人口突破70亿,能源的需求也在过去30年间增加了一倍。
特别是电力能源从上世纪开始，在总能源需求中的比重增长迅速.中国政府己宣布了其在哥本哈根协议下得承诺，至2020年全国单位国内生产总值二氧化碳排放量比2005年下降40% --45%，非化石能源占一次能源消费的比重提高至少15％左右【6】.目前太阳能电池主要有以下几种：硅太阳能电池，聚光太阳能电池，无机化合物薄膜太阳能电池，有机化合物薄膜太阳能电池，纳米晶薄膜太阳能电池，叠层薄膜太阳能电池等,其材料主要包括产生光伏效应的半导体材料，薄膜衬底材料,减反射膜材料等【5】。
（图1：太阳能电池的种类）太阳电池的基本工作原理是：在被太阳电池吸收的光子中，那些能量大于半导体禁带宽度的光子，可以使得半导体中原子的价电子受到激发，在p区、空间电荷区和n区都会产生光生电子左穴对，也称光生载流子。
这样形成的光生载流子由于热运动，向各个方向迁移。
光生载流子在空间电荷区中产生后，立即被内建电场分离，光生电子被推进n区，光生空穴被推进p区。
因此,在p-n结两侧产生了正、负电荷的积累，形成与内建电场相反的光生电场。
这个电场除了一部分要抵消内建电场以外，还使p型层带正电，n型层带负电，因此产生了光生电动势，这就是光生伏特效应(简称光伏）。
图1典型的晶体硅太阳电池结构图【6】由于太阳能能源有如此优越的特性，因此，大力发展可再生能源成为了当今世界的热门研究领域，从长远角度来看，在各种可再生能源技术光伏发电自20世纪90年代后半期进入了快速发展时期，最近10年和最近5年的太阳电池的年均增长率都达到了爆发性的水平.我国太阳能光伏产业的发展在世界光伏市场的拉动下快速发展起来。
硅基薄膜电池的种类
硅基薄膜电池的种类1.非晶硅薄膜太阳能电池：非晶硅薄膜太阳能电池是利用非晶硅材料制成的薄膜电池。
非晶硅材料具有较高的吸收系数，可以吸收较宽波长范围的太阳能辐射。
这种电池的制造工艺简单、成本低，而且可以实现大面积生产，因此具有很大的潜力。
2.微晶硅薄膜太阳能电池：微晶硅薄膜太阳能电池在非晶硅的基础上加入一定比例的晶体硅材料，通过控制制造工艺，可使得薄膜中形成大约10-30纳米的微晶硅颗粒。
微晶硅的晶体结构比非晶硅更有序，因此具有更好的光吸收和电子传输性能，提高了电池的效率。
此外，微晶硅材料还具有较高的稳定性和较低的光衰减率。
3.多结薄膜太阳能电池：多结薄膜太阳能电池是通过堆叠多层不同材料的薄膜形成的。
常见的多结薄膜电池包括硅薄膜太阳能电池与硒化镉薄膜太阳能电池的结合。
通过优化不同材料的能带结构和光学特性，可以实现更高的光吸收和电荷分离效率，提高电池的转化效率。
4.染料敏化薄膜太阳能电池：染料敏化薄膜太阳能电池是利用染料分子吸收光子并将其转化为电子的原理制成的电池。
染料敏化层通常由半导体纳米颗粒组成，染料分子通过与纳米颗粒的接触来实现电荷的分离。
这种电池具有制造成本低、制作工艺简单、使用灵活等优势，适用于各种类型的表面。
在硅基薄膜太阳能电池的研究和应用中，不同类型的电池有着各自的优缺点。
因此，未来的发展趋势将是通过对材料、结构和制造工艺的改进，提高硅基薄膜太阳能电池的光电转换效率，降低制造成本，实现工业化生产。
同时，还需要在电池的稳定性和环境适应性等方面进行进一步研究，以满足不同应用场景的需求。
晶硅薄膜的制备及其在太阳电池中的实际运用
晶硅薄膜的制备及其在太阳电池中的实际运用现阶段，我国太阳能市场当中，太阳能电池主要为体硅电池，尽管能够在一定程度上满足市场需求，但该类型电池的成本较高，其原因在于硅片价格较高。
这样一来，便导致了太阳能电池的发电成本高居不下，仅就成本这一项，其与普通的电力发电策略便无力竞争。
在这种情形之下，经研究分析可知，采用晶体硅薄膜物质来替代体硅材料，能够将太阳能发电成本拉低，这就为太阳能发电项目的推广应用提供了土壤。
1 晶硅薄膜的制备1.1 晶硅薄膜制备的实施背景研究在全世界光伏市场上近九成的市场份额是由晶体硅电池所占据，其中，包括了单晶硅电池与多晶硅电池等等，硅基薄膜电池在其他市场份额中有主导地位。
晶体硅电池效率很高，因为制备过程需要很高温度的工艺，因此生产成本限制了其发展。
而非晶硅电池虽然成本低廉但是市场上销售的非晶硅电池效率只有8%，并且存在着光致衰退的效应也影响着电池的稳定性。
在太阳能电池成本缩减要求的驱动下，国内光伏产业项目有着实质性的进步，而且，虽然HIT太阳电池本身的成本降低了，但其效率较高、性能稳定，现在已经成为了国内外光伏领域研究的热点。
1.2 分析晶硅薄膜的主要制备方法从总体情况来看，在项目研究中或是实践过程当中，较为常用的制备晶硅薄膜的方法有：常压化学气相沉积（简称：APCVD方法）、低压化学气相沉积（LPCVD方法）、等离子体增强化学气相沉积（PECVD方法）。
其中，CVD技术的主要特点表现在，其底部附着一层薄膜，整体的化学稳定性较弱，容易得到一种具备明显梯度的沉积状态的化学物质。
此外，CVD技术工艺是在较低压力和温度下进行的，不仅用来增密炭基材料，还可增强材料断裂强度和抗震性能是在较低压力和温度下进行的。
1.3 几种晶硅薄膜制备方法的对比分析常压化学气相沉积方法的优势在于，该方法的反应器结构简单，而且，沉积的速率较快，往往在低温的条件下也可以沉积，其弊端在于易形成粒子污染，且阶梯覆盖能力较差。
基于超薄锗量子点薄膜太阳能电池的制备及性能研究
锗量子点太阳电池发电工作效率的最新制造手段具体 包括硅晶材料直接键合手段、隧穿结科技、增加中间层 手段和增透膜设计手段等，下文就锗量子点太阳电池制 造技术及行业内的研究发展现状进行介绍。 1.1 中间层技术
锗 量 子点 太阳电池中间层 包 括 本 征 层、缓冲层以 及窗口层等。在锗 量 子点 太阳电池的底 部和顶 部之 间 加入中间层，能够明显的提高电流的匹配性。所以，对 加入中间层的制造技术的研究对提高锗量子点太阳能
①课题来源：扬州工业职业技术学院2016校级科研课题（课题编号：2016xjzk011）。 作者简介：钱松（1982—），男，江苏姜堰人，硕士，讲师，工程师，研究方向为电子技术、太阳能光伏技术。
科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald
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科技创新导报 2020 NO.19 Science and Technology Innovation Herald
工业技术
电池的发电效率 有 重大的价值。由科 研工作 者的研 究 证明，新加入的反 射层能 够 在 整 体 构造中发 挥中间层 的 效 果，也能 完善电池 整 体光 路 调 节，同时 亦可以改 善电池整体的隧道结，使得收集其子电池能够得到解 决。国内亦有学者利用理论推算及光路改良对锗电池 进行研究，获得了新型材料厚度和折射率的最优数值 配比。充分对 该参 数 进 行 利用，能 够 极大 程 度的使 新 型电池的子电池电流强度进行匹配。同时科学家的探 索表明，材料 壁 厚与折射率的匹配 才 能使 新型电池保 持良 好的短波长光 线吸收和导电性 能，即整 套电池系 统 达 到良 好 的反 射 短波长阳光、投 影长 波长阳光。不 使用真空化的方式，在材料的吸收表面与电池的缓冲 膜中间加入薄薄的分散面，经过吸收膜表面的退火工 序 使 得 其 和 缓冲膜 之 间构建 成 p - n 结，能 够 加大阳光 的转换率及电流密度。 1.2 直接键合技术
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© 2016 中国物理学会 Chinese Physical Society
146801-1
物 理 学 报 Acta Phys. Sin. Vol. 65, No. 14 (2016) 146801
关键词: 氢化微晶硅锗, 近红外响应, 硅基薄膜太阳电池, 等离子体增强化学气相沉积
PACS: 68.35.bj, 79.60.Dp, 88.40.hj, 81.15.Gh
DOI: 10.7498/aps.65.146801
1引 言
硅基薄膜太阳电池具有成本低、弱光响应好和 衬底选择多样性等优点, 但要提升其在光伏产业中 的竞争力, 则需要进一步提高效率、降低成本 [1,2]. 近年来, 通过发展不同带隙子电池串联组合成的 叠层太阳电池结构, 使其转换效率和稳定性都有 了进一步的提高 [3−5]. 2015 年, 日本产业技术综 合研究所的 Sai 等 [6] 采用非晶硅 (a-Si:H)/µc-Si:H/ µc-Si:H 的三结叠层太阳电池结构, 取得了 13.3% 的稳定效率, 是目前世界最高的硅基薄膜太阳电池 的稳定电池效率, 并且其衰退率仅为 4.42%, 这主 要得益于中间电池和底电池均采用了稳定性高的
Si1−xGex:H 薄膜在 1996 年由 Ganguly 等 [7] 首次提 出, 先后采用等离子体增强化学气相沉积技术 [8]、 离子辅助反应热化学气相沉积 [9] 和远程电子回 旋 共 振 等 离 子 体 沉 积 等 [10] 方 法 成 功 制 备. 随 后应用到单结太阳电池中, 采用功率梯度法 [11], µc-Si:H 种 子 层 法 [12] 和 渐 变 带 隙 法 [13] 对 电 池 性 能 进 行 了 优 化, 并 发 现 µc-Si1−xGex:H 太 阳 电 池 具有与 µc-Si:H 太阳电池一样的高稳定性 [14]. 近 年 来, µc-Si1−xGex:H 太 阳 电 池 成 功 应 用 到 叠 层 电 池 的 底 电 池 中, 并 以 a-Si:H/a-Si0.6Ge0.4:H/µcSi0.91Ge0.09:H 三 结 叠 层 太 阳 电 池 结 构 得 到 了 12.2% 的初始效率 [15]. 然而, µc-Si1−xGex:H 薄膜 微结构由于 Ge 的掺入而变得十分复杂. 一般来 说, Ge 含量的提高会导致 µc-Si1−xGex:H 薄膜晶 化率的降低, 使得不同 Ge 含量 µc-Si1−xGex:H 薄 膜 变 得 难 以 比 较. 针 对 这 一 问 题, 本 文 通 过 调 节硅锗浓度 ((S+G)C) 的方法, 使不同 Ge 含量 µcSi1−xGex:H 薄 膜 的 晶 化 率 保 持 一 致, 研 究 了 µcSi1−xGex:H 薄膜的结构特性和光电特性随 Ge 含 量的变化. 然后将 µc-Si1−xGex:H 材料应用到单结 太阳电池的本征层中, 考察了在不同透明导电膜 (TCO) 生长的 µc-Si1−xGex:H 太阳电池的性能. 最 后将 µc-Si1−xGex:H 电池应用到双结叠层太阳电池 中, 并与 µc-Si:H 底电池的性能进行对比, 以评估 µc-Si1−xGex:H 电池对近红外光的吸收能力.
通过在 µc-Si:H 薄膜中掺入一定量的 Ge 形成 µc-Si1−xGex:H 薄 膜, 具 有 比 µc-Si:H 薄 膜 更 窄 的 光学带隙和更高的吸收系数, 使其可以作为更高 效的叠层太阳电池底电池吸收层材料 [7−19]. µc-
∗ 国家自然科学基金 (批准号: 61377031, 51442002, 61404073) 和吉林省教育厅 “十二五” 科学技术研究项目 (批准号: 2015253) 资 助的课题.
µc-Si:H 子电池. 然而, 虽然应用了新型的蜂窝状 陷光结构衬底, µc-Si:H 中间电池和底电池共需要 3.7 µm 的厚度才能充分吸收太阳光子的能量, 远 高于其 a-Si:H 顶电池的厚度 (0.25 µm). 而过厚的 µc-Si:H 本征层不仅会减弱内建电场, 而且还需要 较长的制备时间, 这将对硅基薄膜叠层太阳电池的 进一步产业化产生的研 究焦点.
物 理 学 报 Acta Phys. Sin. Vol. 65, No. 14 (2016) 146801
微晶硅锗薄膜作为近红外光吸收层在 硅基薄膜太阳电池中的应用∗
曹宇1)2) 薛磊1) 周静3) 王义军1) 倪牮2) 张建军2)†
1) (东北电力大学电气工程学院, 吉林 132012) 2) (南开大学电子信息与光学工程学院, 天津 300071)
3) (东北电力大学化学工程学院, 吉林 132012) ( 2016 年 3 月 9 日收到; 2016 年 5 月 16 日收到修改稿 )
采用射频等离子体增强化学气相沉积技术, 制备了具有一定晶化率不同 Ge 含量的氢化微晶硅锗 (µcSi1−xGex:H) 薄膜. 通过 X 射线荧光谱、拉曼光谱、X 射线衍射谱、傅里叶红外谱、吸收系数谱和电导率的测试, 表征了 µc-Si1−xGex:H 的材料微结构随 Ge 含量的演变. 研究表明: 提高 Ge 含量可以增强 µc-Si1−xGex:H 薄 膜的吸收系数. 将其应用到硅基薄膜太阳电池的本征层中可以有效提高电池的短路电流密度 (Jsc). 特别是在 电池厚度较薄或陷光不充分的情况下, 长波响应的提高会更为显著. 应用 ZnO 衬底后, 在 Ge 含量分别为 9% 和 27% 时, µc-Si1−xGex:H 太阳电池的转换效率均超过了 7%. 最后, 将 µc-Si1−xGex:H 太阳电池应用在双结 叠层太阳电池的底电池中, 发现 µc-Si0.73Ge0.27:H 底电池在厚度为 800 nm 时即可得到比 1700 nm 厚微晶硅 (µc-Si:H) 底电池更高的长波响应. 以上结果体现了 µc-Si1−xGex:H 太阳电池作为高效近红外光吸收层, 在硅 基薄膜太阳电池中应用的前景.