硅基薄膜太阳能电池在中国的研发活动翻译

硅基薄膜太阳能电池在中国的研发活动

宇文昭,耿新华,王文静,徐立,许莹和

中国北京太阳能研究所，花园路3号，北京100083，

中国天津光电子薄膜器件与技术，南开大学，研究所，300071，

2005九月19号收到，修订到2006二月1号0接受，2006年3月14号在线发布 硅基薄膜太阳能电池在中国的研发活动进展情况作了简要的总结，包括非晶硅太阳能电池和微晶硅薄膜太阳能电池的基础上的多晶薄膜的PECVD技术和基于RTCVD技术的太阳能电池。特别是，微晶薄膜太阳能电池和非晶硅和微晶硅叠层太阳能电池的有了很大的进步。多晶薄膜太阳能电池取得了令人瞩目的成绩，

1 引言

由于晶体硅太阳能电池的发明和使用在空间和地面应用，由于晶体材料是非常昂贵的，各种各样的技术路线，探讨了降低太阳能电池的成本，其中的薄膜太阳能电池被认为是最有前途的光伏（PV）技术是在光伏领域研发活动的主要方面。硅是地球上最丰富的元素的第二，无毒，硅基薄膜太阳能电池具有丰富的资源和先进的技术，在半导体行业。该成果和成熟技术从晶体硅太阳能电池可供参考，具有转换效率高，性能稳定。因此，硅基薄膜太阳能电池是薄膜太阳能电池的重点领域。非晶硅太阳能电池的发明和发展是一个在第二十世纪的光伏专家最辉煌的成就。同时，微晶硅薄膜太阳电池、多晶硅薄膜太阳能电池的新类型正在不断探索的基础上的非晶硅和晶体硅太阳能电池的优点，并取得显著成就。中国在这方面的光伏专家研发活动介绍

2 非晶硅太阳能电池

2.1中国研发的a-Si太阳能电池的历史

戴维和克里斯托弗Wronski报道约2.4% [ 1 ]的a-Si太阳能电池的效率，这表明的a-Si太阳能电池的诞生。此后，非晶硅薄膜太阳能电池的研发活动分散在世界各地蓬勃。的a-Si太阳能电池的研发活动开始于20世纪70年代末在中国。1980到现在，a-Si太阳能电池技术在薄膜材料等方面取得了很大的进展，细胞结构，边界特征，沉积技术、组件技术等，双结和三结太阳能电池的出现，以及效率和稳定性有了很大的提高。自1990以来，对a-Si膜细胞相关的一些基础性的研究一直受到中国光伏专家，如光致降解机制，传输机制，建立了模拟和生长机理等理论问题的a-Si太阳能电池相关的诊断，如那些由在半导体研究所中国科学科学家（ISCAS）谁不仅报道了光诱导Si–H键变为第一次，但也发现未掺杂的a-Si薄膜的photodilation效果，证实了光诱导的微观结构的变化，从电点[ 2 ]。南开大学的科学家们已经获得深入的有争议的问题有关的“高”和“低流动性的”。他们坚决维持低流动性的观点通过小位移电流试验[ 3 ]。他们还通过三相模型完整的微晶硅的有效导热系数的计算，解释和引导成功的高掺杂效率有轻微的掺杂剂的成就，得到PμC-SiC电导率0.2 S / cm [ 4 ]。在毕业学校中国学术的科学家（gscas）已经开发了硅在整个温度范围内解释的异常现象的传输特性，在较低温度下[ 5 ]，该方法对缺陷密度的测定是通过国际社会的热活化的导电

模型。2000之前，一系列的a-Si太阳能电池的研发活动得到了良好效果，如是，一一结a-Si太阳能电池的效率达到11.2%，在ISCAS体积小，8.6%，10×10平方厘米的南开大学，6.5%，30×30平方厘米的有色金属，所分别20厘米，20×初始效率8.3%和一二结a-Si太阳能电池稳定效率7.4%已在南开大学[达到6，7 ]。a-Si太阳电池的工业化生产早在80年代就开始了。在世界光伏产业的a-Si太阳能电池的市场份额已超过80年代中期的40%。在上世纪80年代末，在中国哈尔滨和深圳进口的两个a-Si太阳能电池生产线，1兆瓦容量为每个从古洛那在我们。的a-Si太阳能电池产业的发展在上世纪90年代末，在中国，有五的a-Si太阳能电池组件制造商，在天津晋能产生双结a-Si太阳能电池模块与玻璃基板2004，出口到欧洲的主要产品。单结硅太阳能电池模块在中国作为消费品的重要份额（如计算机细胞）的市场 2.2 最近的a-Si薄膜太阳能电池在中国的研究进展

能源和环境方面的考虑已经进入第二十一个世纪变得越来越重要。我国政府加强对可再生能源技术研发的支持，特别是光伏技术，在硅基薄膜太阳能电池是最重要的一个方面。有硅为基础的薄膜太阳能电池的研发两个任务：一是大面积的稳定效率的提高（20×20 cm2）的a-Si太阳能电池的7–8%与降解率小于15%，20年的生活，和研究先进制造技术的大面积、低成本为了走向产业化；二是大面积、高速度和硅/硅μ串联电池的效率进一步提高到8–10%和一个20岁的生命的a-Si和μ结晶硅薄膜低温沉积技术的研发。通过多年的努力，硅薄膜太阳能电池的众多成就的取得 2.2.1高沉积速率的设备级的a-Si薄膜

在中国的第一个特高频发生器的开发是在南开大学。该发生器，a-Si膜的沉积速率已达到5.3 nm / s的σpH /σD ~ 106，和优越的稳定性比射频等离子体增强化学气相沉积在0.18 nm / s通过改善电场和气流分布均匀性好，在20×20平方厘米区域的厚度变化在10%±得到。ISCAS已备在0.5 nm \\ / s的σpH值/σD从105到106和光致降解率小于10%，得到的硅材料。在10×10平方厘米区域的厚度均匀性是在±10%。当增长率由0.25 nm增加到0.91 nm \\ / \\ /的a-Si太阳能电池的挥发性有机化合物，从0.97 V降低到0.91 V，而FF几乎是恒定在0.7和太阳能电池的性能保持不变。增加和减少甲烷的氢稀释的VOC的p层，增加到0.97–0.99 V。的a-SiσpH值/σD大于105在2 nm \\ / S也是由北京科技大学mw-pecvd获得的材料（BTU）。表1显示了一些薄膜的性质和沉积技术的比较

表1比较了薄膜的性质和沉积技术

存包处技术 VHF-PECVD 沉积率 ＞σpH 均匀性 /σD > ＜10% 400平方厘米的面积 ＜10% 100平方厘米的面积 – 稳定行 机构 VHF-PECVD ~ 0.5 nm / 106 s ~0.5 nm/s >105–106 南开大学 好于RF-PECVD 光降解 率＜10% – 中国科学院软件研究所 MW-PECVD >2 nm/s >105 英国热量单位

2.2.2 a-Si太阳能电池

a-Si太阳能电池的性能都有很大的改善，一个完整的转换效率磨碎的单结a-Si太阳能电池组件已经达到9.1%（Voc = 18.23 V和FF = 70%）20×20 cm2。退化小于10%，500 h的室内光浸泡15%一年的户外光线经过浸泡后。高温高湿条件下的降解试验是由标准化组织最严密的降解条件。根据国际标准（iec1646）薄膜太阳能电池的评价，a-Si太阳电池的尺寸为20×20 cm2表明几乎没有降解，其实有些样品表现出更好的性能。一双结a-Si太阳能电池组件的转换效率已达到9.2% 20×20平方厘米，和40个批次的所有电池的转换效率超过8%。和一个600兆瓦的太阳能光伏发电系统已安装演示。一个三结a-Si太阳电池的硅/ a-SiGe / a-SiGe结构的转换效率已达到13用托莱多大学国际合作ISCAS合作。

3 结晶硅薄膜太阳能电池

3.1μ结晶硅薄膜

内在μ结晶硅薄膜具有良好的均匀性超过20×20 cm2已用的喷头电极RF-PECVD在4乇制备和南开大学4?／s的速率。同时，设备质量沉积在0.6–0.8 nm / s的平均粒径为45 nm和8.4平方厘米/ V s的热丝化学气相沉积在gscas获得μ单晶硅薄膜，在12×12平方厘米区域的薄膜厚度均匀性是在±10%。在这部电影中，有10.2%的高效太阳能电池已获得的N -硅：H / Si结构μ。 3.2μ晶体硅薄膜太阳能电池

基于μ结晶硅薄膜与器件级质量，一个单结太阳电池μ与销的结构和0.253平方厘米面积转换效率为9.2%，已获得。转换效率11.8%和9.7%的硅/单晶硅太阳能电池μ0.253 cm2和100平方厘米面积，分别，已获得[ 6，8 ]为好，如图1所示

图1–V性能的一个综合100 cm2a Si／μC-Si串联电池

效率=9.72%

4多晶硅薄膜太阳能电池

4.1多晶硅薄膜

聚硅薄膜，RTCVD和ZMR技术制成的太阳能电池已经在北京太阳能研究所取得的沉积。这些多晶Si薄膜具有良好的结晶性能与平均晶粒尺寸为1毫米和50平方厘米/ V s的流动性大，这些聚硅薄膜的一些微米晶粒尺寸在300°C使用四氯化硅／H2在汕头大学在常规的射频PECVD系统混合气体的衬底温度得到。 4.2多晶硅薄膜太阳能电池

多晶硅太阳能电池的优点的丰度是非常有吸引力的，无毒性和深层的半导体行业技术背景。许多沉积技术已被用来法布里美食硅薄膜，如液相外延，溅射，化学气相沉积，等。其中，快速加热化学气相沉积（RTCVD）提供了这样的高增长率的一些优点和缺陷少，大粒优质硅薄膜直接生长，太阳能电池具有高效率和稳定适当的关系。但低成本基板具有耐高温不易获得。探讨这条路线的可行性，非活性硅，陶瓷造型和丝带由Si粉用于基板研发多晶薄膜太阳能电池，并已取得一些成功 4.3非活性基质

用于处理衬底的薄膜的重掺杂的（ρ~ 10–3?厘米）的p型单晶硅片与电非活性杂质对光没有感应电流的贡献。为了开发一个优化的沉积技术生长的条件下，硅薄膜沉积在这种P +硅衬底。多晶硅薄膜沉积在硅衬底上的RTCVD技术等1100–1200°C.通过优化过程获得的太阳能电池，在37μm与2μ米的深度，P +缓冲层的厚度为背场（BSF）是最好的结果，同时沉积层。P–n结是由磷扩散与80 ~ 200 /平方米。然后晶片的热氧化形成的SiO2的厚度为1500?薄膜方块电阻形成。钛/钯/银使用前电极和MgF2 / ZnS抗反射涂层。15.1%的最佳转换效率（细胞面积= 1.051×1.05 cm2，VOC = 637.1 mV，ISC = 31.97毫安，FF = 0.78 AM1.5，24.5°C [ 9 ]已无细胞表面纹理的实现。细胞的结构和我–V性能和PC1D模拟结果示于图。2A和B，

图2多晶硅薄膜太阳能电池在非硅衬底（一）细胞结构（b）1–V电池性能研究。

4.4建模陶瓷基板（非活性Si衬底上的SiO2层覆盖）

多晶硅薄膜和太阳能电池的制造（RTCVD和再结晶区熔再结晶）建模的陶瓷基板。热氧化的SiO2层上生长非P + C-Si衬底表面。然后20×μM 20孔，20μm空间是由在二氧化硅层光刻形成。重掺杂的种子层沉积的RTCVD，和SiO2／Si3N4覆盖层是由电子束蒸发和低压化学气相淀积。盖层是用来防止起球的种子层中的再结晶过程。ZMR工艺后，去除覆盖层和有源层沉积的RTCVD。有源层的电阻约为0.1?厘米，这是适合于薄膜太阳能电池。P–n结是在优化条件下磷扩散形成的。1040?SiO2层通过热氧化形成的抗反射涂层，和蒸发Ti／Pt／Ag触点通过光刻工艺形成。的薄膜太阳能电池的最高效率为10.2%（AM1.5，24.5°C）为1.07 cm2细胞面积。我–结构的太阳能电池[ 10 ] V性能示于图。3a和b

图3多晶硅薄膜太阳能电池建模陶瓷基板（非活性硅衬底上的SiO2覆盖 层），（一）太阳能电池结构，（b）1–V曲线的细胞。

图4多晶硅薄膜太阳能电池在硅带衬底，（一）细胞结构，（b）我–V曲线的太阳能电池

4.4 SSP多晶硅薄膜带基

硅带由廉价的硅微粉是为多晶硅薄膜太阳能电池的低成本基板的一个可能的候选人。带状硅材料和太阳能电池的基板等的研发活动正在进行中广州能源研究所（杰科），中国科学

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