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普乐成功研发非晶硅锗薄膜

普乐成功研发非晶硅锗薄膜

发布日期:2015-12-30 17:01 浏览次数:

  众所周知,以等离子体增强化学气相沉积(PECVD)法生长的非晶硅和微晶硅材料,一直是薄膜太阳能电池制备中很有前景的材料。

  其中非晶硅电池具有极高的光吸收系数,且容易大规模生产,是目前较为普遍的硅基薄膜电池。可是非晶硅的两大缺陷:光致衰减效应(S-W 效应:非晶硅薄膜经较长时间的强光照射或电流通过,在其内部将产生缺陷而使薄膜的使用性能下降,称为S-W 效应,但经过夏天高温退火可使光致衰减得以部分恢复)和对长波段光的吸收不够,在一定程度上也影响了转换效率。为了减少光致衰减的影响,通常会将非晶硅材料做成非晶硅/非晶硅双结结构。其中第一结非晶硅用于吸收短波段的光波,第二结用于吸收长波波段。

  使用微晶硅材料来代替第二结的非晶硅会更好的解决光致衰减效应,同时又增加对长波段光的吸收来提高器件的转换效率,但昂贵的设备价格却使得微晶硅的大规模生产受到了限制。

  另一种提高硅基薄膜电池效率的方法是在沉积非晶硅本征层(即没有掺杂的区域)时参入适量的锗元素,制作成非晶硅/非晶硅锗/非晶硅锗三结器件。非晶硅锗不仅具有非晶硅的高吸收系数,同时又具有微晶硅对长波段吸收的作用,因此非晶硅锗是非常理想的薄膜太阳能电池材料。

  在非晶硅中掺入适当的锗元素能够改善对长波段光的吸收。通过改变锗的含量,可以使得非晶硅锗的三个子电池对光的吸收效率达到最优,因为这种三结的堆栈结构每个子电池都会吸收相对应波段的光波,能够将每个波段的光吸收的更加充分。由于其具有良好的吸收系数使得每个吸收层的可以制作得很薄,这样载流子(电流载体)的传输距离更短更有利于收集,从而能够得到较高的填充因子,同时也减轻了光致衰减效应。

  当然任何一种还没有被工业化所普遍使用的材料都有着需要挑战和克服的难题,对于非晶硅锗来说,难题是如何制作大面积均匀的非晶硅锗膜层。作为锗的原料气体锗烷在等离子场中比硅烷更容易分解,这样在大面积制作薄膜时因为锗的含量分布不均匀严重的影响了器件的转换效率,尤其是在第三结子电池上为了更好的吸收红外光波必须增加锗的含量势必加重锗的分布不均匀的情况,这种空间上的分布不均匀在单室多片的平行模式PECVD系统中尤其明显。由于锗烷更容易被分解,这样在这种平行模式下做出器件上部和下部的锗含量差异非常大,导致器件的转换效率下降到无法接受的地步。针对于锗烷高昂的价格,单室多片的平行模式PECVD设备又是非常理想经济的产业化设备,在这种设备上沉积出优质的非晶硅锗薄膜是非常具有发展前景的。近年来,普乐一直在做这方面的研发和生产,目前已经能在单室多片的平行模式PECVD系统中沉积出了均匀性很好的非晶硅锗薄膜了。

  作者简介:龚瑞,现任普乐新能源(蚌埠)有限公司研发部经理

  来自:《中国能源报》