薄膜的制备及其在太阳能电池中的应用

摘要：采用甚高频等离子体增强化学气相沉积技术，在相对较高气压和较高功率条件

下，制备了不同硅烷浓度的微晶硅材料。材料沉积速率随硅烷浓度的增加而增大，通过对材
料的电学特性和结构特性的分析得知：获得了沉积速率超过

1nm/s 高速率器件质量级微晶

硅薄膜，并且也初步获得了效率达

6.3%的高沉积速率微晶硅太阳电池。

 
　　一、引言
 
　　氢化微晶硅薄膜和微晶硅太阳电池已经成为硅薄膜太阳电池的研究热点。因为微晶硅薄
膜太阳电池的制备技术与现有的非晶硅薄膜和电池的制备技术兼容，而且微晶硅薄膜太阳
电池几乎不存在光致衰退效应（

SWE）。另外，微晶硅薄膜太阳电池和非晶硅薄膜太阳电

池组成叠层电池将充分利用太阳光谱，提高太阳电池的光电转换效率。
 
　　目前，国际上对于微晶硅薄膜和太阳电池的研究非常关注，主要集中在中国的南开大
学光电子薄膜器件与技术研究所，美国的

United Solar，日本的 Kaneka 公司，德国的 Julich

光伏研究所，荷兰的

Utrecht 大学和瑞士的 IMT 研究所。这些单位在微晶硅太阳电池上效率

都已经达到

9%以上，但沉积速率都还不是很高（0.5nm/s 以下）。实际上，太阳能光伏发电

是解决能源危机和环境保护问题的一个非常有前景的技术。但要实现硅薄膜太阳电池产业化，
特别是微晶硅薄膜太阳电池的产业化，提高其沉积速率是重中之重。这是由于对于微晶硅薄
膜，其在可见光的吸收系数要比非晶硅薄膜低，这样为了充分利用太阳光，微晶硅薄膜太
阳电池的厚度要大于

1.0μm。Mai 和 Kondo 分别报道了在沉积速率达到 1nm/s 以上的微晶硅

薄膜和微晶硅太阳电池。而国内目前对微晶硅薄膜和太阳电池的研究报道还仅限于低沉积速
率，对高沉积速率微晶硅薄膜，特别是高速率器件质量级微晶硅薄膜的研究还处于起步阶
段。
 
　　本文采用甚高频等离子体增强化学气相沉积技术，在较高气压和较高功率的前提条件
下，获得了沉积速率达

1nm/s 以上的器件级微晶硅薄膜，微晶硅薄膜太阳电池的效率也达

到了

6.3%。

 
　　二、实验
 
　　实验中所有微晶硅材料和电池都是在新研制的国际先进的多功能化学气相沉积系统
（

cluster CVD system）中制备的。如图 1 所示，该系统由 5 个沉积室、一个装片室（LL）和

中央传输室组成，分别可用于沉积太阳电池中的

p 层，i 层（VHF 室和 HW 室）和 n 层，另

外，

SiN 室可以用于沉积薄膜晶体管中的绝缘层。材料沉积所采用的衬底为氢氟酸（ 5%）

腐蚀过的

Corning7059 玻璃。硅烷浓度（SC=[SiH4]/[SiH4+H2]）为 5%～9%，采用的沉积气

压为

267Pa，功率为 65W。