P 型硅衬底异质结电池制备和氢气退火本征非晶硅层对 HIT 电池性能的影响带有本征薄层的异质结(Heterojunction with Intrinsic Thin-layer,HIT)电池的结构特点是在 PN 结之中加入一层本征氢化非晶硅薄膜。HIT电池具有晶硅电池高效和薄膜电池工艺简单的优点。松下公司宣布的最新 HIT 电池效率高达 25.6%,该电池面积为 143.7cm2,而目前晶硅电池效率记录为 20.4%。本文讨论的是 P 型硅片为衬底的异质结电池和N 型硅片为衬底的单面 HIT 电池的本征层氢气退火处理,主要内容如下:(1)首先用射频等离子体增强化学气相沉积技术(RF-PECVD)制备 N 型氢化微晶硅(n-μ-Si:H)薄膜,分别讨论硅烷浓度、磷烷掺杂比例、辉光功率、衬底温度对薄膜晶化率、生长速率和暗电导率的影响,并制备 n-μ-Si:H/c-Si 异质结电池。得到如下结论:① 随着硅烷浓度的增大,薄膜逐渐由微晶硅向非晶硅区域过渡,生长速率逐渐加快,暗电导率逐渐降低;② 随着磷烷掺杂比例的提高,薄膜的晶化率缓慢提高,生长速率呈现出先增大后减小的趋势,暗电导率逐渐降低;③随着辉光功率的增大,薄膜的晶化率逐渐降低,生长速率逐渐增大,暗电导率逐渐降低;④ 随着衬底温度的提高,薄膜的晶化率先增大后减小,生长速率逐渐增大,暗电导率先增大后减小。在硅烷浓度 1.5%、磷烷掺杂比例 0.9%、辉光功率为50W、衬底温度为 220℃、沉积压强为 1torr(约为 133.33Pa)的条件下制备的 n型 μ-Si:H 薄膜的暗电导率达到最高,为 21.0S/cm。此条件亦为电池制备的最优化条件,制备出的电池开压达到 593m V,效率为9.02%。(2)其次对 N 型衬底的 HIT 电池的本征氢化非晶硅层进行氢气环境下进行了退火处理。前组人员已经讨论了氢气环境下退火处理对本征氢化非晶硅薄膜少子寿命等的影响,在此基础上,讨论氢气环境下本征非晶硅层退火对 HIT 电池的影响,分析了退火温度和退火时间的作用。实验结果表明:随着退火温度的升高,电池的效率和开压变化的整体趋势是先增大后减小,退火温度在 320℃为宜。实验结果表明,随着退火时间的增大,电池的开压和效率变化趋势为先增大后减小,退火时间为 80min 最为合适。优化后的条件为:退火温度 320℃,退火时间 80min,压强为 1torr,电池性能最好,开路电压为 620m V,效率为 10.14%。
