带本征薄层异质结太阳能电池关键技术的研究

摘要

带本征薄层异质结（HIT）太阳能电池采用低温工艺制造，工艺简单，价格低廉，且最高转换效率已达到22.3％。与单晶硅太阳能电池相比，HIT太阳能电池的温度稳定性高，电池性能不随温度升高而衰减；与非晶硅太阳能电池相比，不存在光致衰退效应，转换效率稳定，因此有着广阔的市场前景。 本文着重研究了HIT太阳能电池非晶硅层的制备工艺，非晶硅/单晶硅异质结界面钝化工艺，以及单晶硅衬底的表面腐蚀工艺，并对各工艺参数进行了优化，为获得高性能的HIT太阳能电池打下了基础。 HIT太阳能电池的非晶硅层由等离子增强化学气相淀积（PECVD）进行制备，通过研究PECVD的不同工艺参数对非晶硅薄膜的光学带隙、生长速率、电导率，以及对HIT太阳能电池性能的影响，结合太阳能电池对非晶硅薄膜的要求，最终将制备本征非晶硅层的衬底温度优化为200℃，放电功率优化为100W，本征层的厚度优化为3.5nm；将N型非晶硅层气体的气体流量比（PH3/SiH4体积比）优化为0.015，N型层厚度的优化为21.6nm。 非晶硅/单晶硅异质结的界面钝化通过用稀释氢氟酸预处理非晶硅层制备前的单晶硅衬底来实现，为避免氢氟酸的过腐蚀，我们将预处理时间优化为60秒，此时制得的HIT太阳能电池开路电压比界面钝化前提高了160mV，短路电流也有一个数量级的提升。 对单晶硅衬底表面的各向异性腐蚀，同时实现了对硅片的减薄和对衬底的织构化。采用氢氧化钾和异丙醇的混合溶液，在80℃对单晶硅衬底进行50分钟的表面腐蚀，可使硅片厚度减薄到HIT太阳能电池所需的250μm，并使绒面反射率降低到11.4％以下。