《電子技術(shù)應(yīng)用》
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普樂(lè)成功研發(fā)非晶硅鍺薄膜

2011-09-01

  眾所周知,,以等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)法生長(zhǎng)的非晶硅和微晶硅材料,一直是薄膜太陽(yáng)能電池制備中很有前景的材料,。
  
  其中非晶硅電池具有極高的光吸收系數(shù),,且容易大規(guī)模生產(chǎn),,是目前較為普遍的硅基薄膜電池??墒欠蔷Ч璧膬纱笕毕?光致衰減效應(yīng)(S-W效應(yīng):非晶硅薄膜經(jīng)較長(zhǎng)時(shí)間的強(qiáng)光照射或電流通過(guò),在其內(nèi)部將產(chǎn)生缺陷而使薄膜的使用性能下降,稱為S-W效應(yīng),,但經(jīng)過(guò)夏天高溫退火可使光致衰減得以部分恢復(fù))和對(duì)長(zhǎng)波段光的吸收不夠,在一定程度上也影響了轉(zhuǎn)換效率。為了減少光致衰減的影響,,通常會(huì)將非晶硅材料做成非晶硅/非晶硅雙結(jié)結(jié)構(gòu),。其中第一結(jié)非晶硅用于吸收短波段的光波,第二結(jié)用于吸收長(zhǎng)波波段,。
  
  使用微晶硅材料來(lái)代替第二結(jié)的非晶硅會(huì)更好的解決光致衰減效應(yīng),,同時(shí)又增加對(duì)長(zhǎng)波段光的吸收來(lái)提高器件的轉(zhuǎn)換效率,但昂貴的設(shè)備價(jià)格卻使得微晶硅的大規(guī)模生產(chǎn)受到了限制,。
  
  另一種提高硅基薄膜電池效率的方法是在沉積非晶硅本征層(即沒(méi)有摻雜的區(qū)域)時(shí)參入適量的鍺元素,,制作成非晶硅/非晶硅鍺/非晶硅鍺三結(jié)器件。非晶硅鍺不僅具有非晶硅的高吸收系數(shù),,同時(shí)又具有微晶硅對(duì)長(zhǎng)波段吸收的作用,,因此非晶硅鍺是非常理想的薄膜太陽(yáng)能電池材料。
  
  在非晶硅中摻入適當(dāng)?shù)逆N元素能夠改善對(duì)長(zhǎng)波段光的吸收,。通過(guò)改變鍺的含量,,可以使得非晶硅鍺的三個(gè)子電池對(duì)光的吸收效率達(dá)到最優(yōu),因?yàn)檫@種三結(jié)的堆棧結(jié)構(gòu)每個(gè)子電池都會(huì)吸收相對(duì)應(yīng)波段的光波,,能夠?qū)⒚總€(gè)波段的光吸收的更加充分,。由于其具有良好的吸收系數(shù)使得每個(gè)吸收層的可以制作得很薄,這樣載流子(電流載體)的傳輸距離更短更有利于收集,,從而能夠得到較高的填充因子,,同時(shí)也減輕了光致衰減效應(yīng)。
  
  當(dāng)然任何一種還沒(méi)有被工業(yè)化所普遍使用的材料都有著需要挑戰(zhàn)和克服的難題,對(duì)于非晶硅鍺來(lái)說(shuō),,難題是如何制作大面積均勻的非晶硅鍺膜層,。作為鍺的原料氣體鍺烷在等離子場(chǎng)中比硅烷更容易分解,這樣在大面積制作薄膜時(shí)因?yàn)殒N的含量分布不均勻嚴(yán)重的影響了器件的轉(zhuǎn)換效率,,尤其是在第三結(jié)子電池上為了更好的吸收紅外光波必須增加鍺的含量勢(shì)必加重鍺的分布不均勻的情況,,這種空間上的分布不均勻在單室多片的平行模式PECVD系統(tǒng)中尤其明顯。由于鍺烷更容易被分解,,這樣在這種平行模式下做出器件上部和下部的鍺含量差異非常大,,導(dǎo)致器件的轉(zhuǎn)換效率下降到無(wú)法接受的地步。針對(duì)于鍺烷高昂的價(jià)格,,單室多片的平行模式PECVD設(shè)備又是非常理想經(jīng)濟(jì)的產(chǎn)業(yè)化設(shè)備,,在這種設(shè)備上沉積出優(yōu)質(zhì)的非晶硅鍺薄膜是非常具有發(fā)展前景的,。近年來(lái),,普樂(lè)一直在做這方面的研發(fā)和生產(chǎn),目前已經(jīng)能在單室多片的平行模式PECVD系統(tǒng)中沉積出了均勻性很好的非晶硅鍺薄膜了,。
  
  

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