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第 29 卷 第 6 期 新乡学院学报(自然科学版) 2012 年 12 月
Vol . 2 9
No. 6 Journal of Xinxiang University(Natural Science Edition) Dec. 2012
收稿日期:2012-10-16 修回日期:2012-11-14
基金项目:新乡学院“理论物理”重点建设学科资助项目
作者简介:赵红枝(1977 ),女,河南鹤壁人. 讲师,硕士,研究方向:理论物理、教学论. E-mail: zhhzh007@126.com.
黄娟(1982 ),女,湖南衡阳人. 讲师,硕士,研究方向:信息光学. E-mail: mokel@sina.com.
非晶硅锗薄膜太阳能电池研究
赵红枝,黄 娟
(新乡学院 物理与电子工程系,河南 新乡 453003)
摘 要:介绍了薄膜电池的制备技术及发展进程. 采用射频等离子体加强气相沉积法(PECVD),制备了非晶
锗硅薄膜,提出了制备优质非晶锗硅薄膜的条件和非晶锗硅薄膜的基本性质及其制备工艺中存在的问题和
解决方案.
关键词:非晶半导体;非晶硅锗薄膜;太阳能电池
中图分类号:O484.5 文献标志码:A 文章编号:1674
–
3326
(
2012
)
06
–
0497
–
04
Research on Si
1-x
Ge
x
Thin Film Solar Cells
ZHAO Hong-zhi, HUANG Juan
(Physics and Electronic Engineering Department, Xinxiang University, Xinxiang 453003, China)
Abstract: Preparative technique and development progress of thin-film cell are introduced. A-Si
1–x
Ge
x
:H thin
films are prepared by
radio frequency (RF) plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD). Factors of
preparing high quality a-Si
1–x
Ge
x
: H thin films and the fundamental properties of films are presented. Furthermore,
the existing problems in the preparation are proposed to which some possible solutions are discussed.
Key words:
amorphous semiconductor; amorphous silicon-germanium thin film; solar cells
0 引言
目前,太阳能电池产业是增速最快的产业之一,但晶硅(单晶硅和多晶硅)太阳能电池价格较高(约 1.98
$/w
[1]
). 晶硅薄膜太阳能电池因具有无毒、原料丰富、沉积温度低和与晶体硅电池生产有较好的兼容性等优
点,而被广泛研究. 1954 年,贝尔实验室首次研制成功具有实用性的单晶硅太阳能电池;1969 年,Chittick
制备出第一个非晶硅(a-Si:H)薄膜
[2]
. 然而其性能不稳定,出现严重的光致衰退现象(Staebler-Wronsli 效应,
简称 SW 效应
[3]
),使其稳定转换效率远低于初始转换效率. 为了提高能量转换效率,研究者采用了制备高
纯本征层、提高使用温度等多种方法. 其中,多结结构是增强 a-Si:H 薄膜电池稳定性最有效的途径.
在多结结构电池中,每一节电池能够吸收不同波长的光,以便有效地吸收太阳光能,这需要合适地匹
配各结点间的能带. 在各种电池材料中,a-Si:H 能带较宽(1.8 eV),一般用作顶层电池;中间层和底层通常
采用如微晶硅(µc-Si:H)、纳米晶硅(nc-Si:H)和非晶硅锗(a-Si
1–x
Ge
x
:H)等带宽小于 1.8 eV 的材料. 其中,可通
过调节 Si 和 Ge 的组分,在 1.1 eV~1.8 eV 之间
[4]
调节 a-Si
1–x
Ge
x
:H 带宽.
1
Si
x
Ge
1–x
薄膜电池
1.1
单结
Si
x
Ge
1–x
薄膜电池
Haku 等通过控制气体中的杂质浓度、a-Si
1
-
x
Ge
x
:H 薄膜中 N 和 O 杂质浓度等,得到了转换效率为 3.34 %
的单结 a-Si
1–x
Ge
x
:H 薄膜太阳能电池
[5]
; 2005 年,Liao 等采用射频磁控溅射法,在覆盖了金属/ZnO 背电极
的不锈钢上沉积单结 a-Si
1–x
Ge
x
:H 太阳能电池,通过优化 GeH
4
、Si
2
H
6
的比例和氢的稀释量,得到面积为
0.25 cm
2
的太阳能电池,初始效率和稳定效率分别为 12.5% ~13.0%和 10.4%
[6]
.