热丝CVD微晶硅薄膜生长技术研究

作     者：冷新伟 

作者单位：南昌大学 

学位级别：硕士

导师姓名：魏秀琴;何亮

授予年度：2024年

学科分类：07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0702[理学-物理学] 

主      题：异质结太阳电池(HJT) 热丝化学气相沉积(HWCVD) 微晶硅 薄膜 

摘      要：在高效太阳电池中,异质结太阳电池（HJT）具有高转化效率和制备工艺简单等优点,是光伏技术和产业发展的重要方向。在HJT电池中,以微晶硅薄膜替代氢化非晶硅（a-Si:H）薄膜,可以减少光吸收损失、提高导电性,进一步提升HJT电池效率。热丝化学气相沉积（HWCVD）沉积速率快、无等离子体损伤、设备成本低,已成功用于HJT电池的a-Si:H薄膜生长。但迄今国内外相对还缺乏HWCVD制备微晶硅薄膜并用于HJT电池的研究。 本文采用HWCVD沉积法在i-a-Si:H层上制备微晶硅薄膜,系统地研究了氢稀释比、沉积气压、热丝电流、掺氧工艺以及前处理对微晶硅薄膜光电性能的影响,取得以下主要结果。 （1）HWCVD设备制备n型氢化微晶硅（n-μc-Si:H）,增大氢稀释比（H2/SiH4）对薄膜晶化率（Xc）的提升效果有限,当氢稀释比达到30倍后,薄膜的晶化率达到最大值,继续提升H2的比例会导致薄膜Xc的下降;薄膜的电导率跟随H2比例提升而增大,但在30倍氢稀释比后仅有轻微提升;40倍氢稀释比会导致薄膜折射率的显著降低,导致光程的损失,因此30倍氢稀释比为最佳比例。 （2）增大沉积压力会加快沉积速率,但薄膜的性能产生全面劣化,因此采用HWCVD制备微晶硅薄膜应保持气压处于最低水平。 （3）热丝电流的增加可以提升薄膜的沉积速率、薄膜Xc和电导率,但薄膜Xc仍存在上限。33A热丝电流下制备的n-μc-Si:H薄膜光电性能最佳且沉积速率最快,有利于产业化发展。 （4）对μc-Si:H掺氧获得氢化微晶氧化硅（μc-SiOx:H）会导致薄膜Xc严重下降,但是薄膜电导率仅产生一个数量级的下降,并且薄膜透射率得到显著提升。将微晶硅分为三层结构,于中间层掺氧使得微晶硅薄膜具有良好的钝化性能,对微晶硅薄膜应用于HJT电池具有指导意义。 （5）氢预处理可以提升薄膜导电性,同时会提升电池的短路电流密度,但超过40 s会导致薄膜钝化性能恶化;种子层沉积时间需要低于20s才会提升薄膜的Xc与导电率。前处理对于薄膜光学性能影响较小,更多的是对薄膜内部结构和电学性能的影响。 将n-μc-SiOx:H应用于HJT电池结构中,最终获得开路电压(Voc)为740m V、短路电流密度(Jsc)为38.99 m A/cm2、填充因子（FF）为81.89%的电池,转化效率达到23.64%。