陶瓷衬底薄膜太阳能电池制备.pdf

第34卷增刊l 2005年 6月稀有金属材料与工程 RAREMETALMATERIALSANDENG州EER吖0 ,Suppl June 2005 陶瓷衬底薄膜太阳能电池的制备张立明1,李海峰2,黄勇1,一,张厚兴1一,万之坚1,许颖3,王文静3 (1清华大学材料科学与工程系,北京100084) (,深圳5 18057) (3北京市太阳能研究所,北京100083) 摘要:、热膨胀系数等热力学参数和硅不匹配、沉积过程中杂质护散以及品体学参数不匹配导致沉积的硅薄膜晶粒不能长大等。针对衬底可能导致的不利因素给出了解决办法,同时进一步用实验验证了工艺的可行性。关键词:陶瓷衬底;制备技术;A阳能电池中图法分类号:TG 文献标识码:A 文章编号:1002一185x(2005)sl— 引言多晶硅薄膜电池是在一定衬底上用某种方法生长单层或多层多晶硅薄膜,然后制成太阳电池。因为薄膜厚度仅十几到几十微来,所以能大大节省材料。加上多晶硅薄膜电池和其他薄膜电池相比较高的转化效率和稳定的应用性,使它成为太阳能电池大幅度降低成本的希望所在“j。目前所采用的衬底主要有:多晶硅衬底或冶金硅衬底、石墨包siC衬底,陶瓷衬底,石英衬底,玻璃衬底,甚至有人使用不锈钢衬底。目前所获得的较好结果主要有:日本三菱公司在si02衬底上制作的多晶硅薄膜太阳能电池,%;德国Fraunhofh 研究所在石墨和sic陶瓷材料衬底上的薄膜太阳能电池,效率分别为1l%%。值得注意的是,在这些较好结果的获得过程中火都采用了zMR(医熔再结晶)技术”“J。清华大学新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室采用快速热沉积cvD的技术(RTcvD)制备陶瓷衬底多晶硅薄膜太阳能电池口J。整个工艺中由于陶瓷衬底的引入导致了一系列的问题,影响了最终的电池性能,本研究详细分析了衬底可能导致的不利因素并给出r解决办法,同时进一步用实验验证了工艺的可行性。 2实验方法采用陶瓷设计和制各工艺制各多晶硅薄膜太阳能电池用陶瓷衬底,并经过打磨、抛光、清洗等工艺制备出表面致密、平整、清洁的样品待用。以siH2c12为原料气体,采用RTcvD工艺在石英反应器中沉积poly_si薄膜。气源为H2和SiH2c12的混合物,其配比为150:,。石英管内配有石墨样品托架,采用感应式加热将石墨样品托架加热到1200℃,然后在陶瓷衬底上迅速沉积薄膜。经过扩散制各P—N结,表面电极制各等工艺制备陶瓷衬底多晶硅薄膜太阳能电池样品。 3结果及分析 陶瓷衬底在制备过程中杂质影响用陶瓷作为多晶硅薄膜太阳能电池的衬底,虽然能够很好的适应电池制各过程中的高温工艺,并且大幅度的降低电池成本,但是不可避免的,陶瓷衬底在成型和烧结过程中会引入很多杂质,如图l所示。这会严重影响电池效率,特别是在多晶硅薄膜沉积过程中不利于晶粒的长大并引入缺陷和复合中心等不利因素。所以开发了1套专门用于多晶硅薄膜太阳能电池用陶瓷衬底的清洗工艺,可以有效清除衬底中的各种杂质,避免因为衬底杂质的引入对薄膜沉积和电池效率的影响。