柔性衬底非晶硅薄膜太阳电池的研究

论文摘要

随着能源问题的日益突出,近年来太阳电池光伏发电技术发展迅猛。聚合物衬底柔性薄膜太阳电池凭借其耗材少、成本低、可卷曲（柔性）、重量比功率高、轻便等特点成为当前太阳电池研究领域的热点。聚酰亚胺（PI）膜具有耐高温等优点,被本研究选作了柔性衬底材料。针对聚合物材料光透过率普遍偏低的情况,本研究设计了“柔性衬底/Al底电极/N/I/P/TCO（透明导电薄膜）”的倒结构柔性太阳电池,并制定了相应的工艺制备方案。PI膜在高温200℃以上存在气体释放现象,本研究提出了PI膜的预烘（prebake）工艺,以解决PI膜高温释放气体问题,并通过实验确定了最佳的预烘工艺条件。在此基础上,为了保证沉积在PI膜上的Al底电极不掉膜不脱落,本研究探索了制备高电导、良好附着性的Al底电极的工艺。本研究通过在PECVD沉积非晶硅薄膜的过程中通入CH4来制备宽带隙a-SiC:H薄膜作为电池窗口层以提高电池的性能,研究优化了其制备工艺条件。同时研究了获得高光暗电导比(δph/δd>105)的本征非晶硅层的制备工艺以及获得高暗电导的N型非晶硅膜层的制备工艺。基于实验室实际情况,采用ITO薄膜作为顶电极,分析研究了制备优良ITO电极的工艺条件,获得了平均透过率超过80%,电阻率为4.0×10-4Ω.cm的ITO透明导电薄膜。在各步工艺的研究与实验基础上,制备出了弯曲前Voc=0.12V,Jsc=0.75mA/cm2。弯曲后Voc=0.07V,Jsc=0.46mA/cm2的单结柔性非晶硅薄膜太阳电池样品。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 太阳能光伏产业
• 1.2 太阳电池的分类及研究现状
• 1.3 柔性衬底非晶硅薄膜太阳电池的研究意义
• 1.4 本论文的主要研究内容
• 2 电池的基本原理，器件结构及工艺方案
• 2.1 半导体的光伏发电效应
• 2.2 太阳电池的光伏特性
• 2.3 非晶硅的性质
• 2.4 柔性非晶硅薄膜太阳电池器件结构的设计
• 2.5 本研究的工艺研究路线
• 3 柔性衬底的选择及预处理
• 3.1 柔性衬底的选择
• 3.2 柔性衬底的预处理
• 4 电极制备工艺
• 4.1 铝电极制备工艺
• 4.2 ITO 透明导电薄膜顶电极的制备
• 5 NIP 非晶硅薄膜的制备工艺及电池样品性能
• 5.1 等离子体化学气相沉积非晶硅薄膜的基本原理
• 5.2 高质量本征层的制备
• 5.3 P 层窗口层的制备
• 5.4 N 层的制备
• 5.5 柔性太阳电池样品的制备及其性能
• 6 结论及展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录一 攻读硕士学位期间发表的论文
• 附录二 攻读硕士学位期间申请的专利