CN202808935U - 一种改善非晶硅薄膜光致衰退效应的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种改善非晶硅薄膜光致衰退效应的装置，包括热丝化学气相沉积真空室及真空泵，真空室的顶部装有混合气体进气管道，真空室内部装有分解混合气体的电热丝和加热玻璃衬底的电加热器，在真空室内相对两侧的内壁上各装一个类太阳光谱的氙灯持续照射本征非晶硅薄膜的沉积过程，氙灯的安装位置高于玻璃衬底的上表面。通过在热丝化学气相沉积过程中，以类太阳光谱的氙灯持续照射薄膜形成的整个过程，薄膜在形成的整个过程经受类似耐光照性能的训练，提高薄膜成形后的光照稳定性能，在光照条件下，薄膜内部微结构向着有利于抗光照衰退的趋势转化，使得非晶硅薄膜光致衰退效应得到改善。

Description

一种改善非晶硅薄膜光致衰退效应的装置

技术领域

本实用新型属于薄膜太阳能电池领域，特别涉及一种改善非晶硅薄膜光致衰退效应，提高非晶硅薄膜光照稳定性的沉积装置。

背景技术

以氢化非晶硅（a-Si:H）薄膜为吸收层的薄膜太阳电池，由于非晶硅材料光吸收系数大、具有较高的光敏性（10⁵个量级左右），且其吸收峰与太阳光谱接近，有利于对太阳光的充分利用，由于其还具有易于大面积化、连续化、自动化生产等优点，使其在第二代太阳电池即薄膜太阳能电池中占据首要地位。

氢化非晶硅(a-Si:H)本身存在稳定性不好的问题，1977年Stabler和Wronski发现氢化非晶硅，特别是本征氢化非晶硅（I型未掺杂）在长时间的光照以后，其光电导率和暗电导率显著减小，但在150℃以上的条件下无光照退火，氢化非晶硅可以恢复到光照以前的状态，这就是氢化非晶硅的光致衰退效应（S-W效应）。由于光致衰退效应的存在，氢化非晶硅在长时间使用后光电特性变差，甚至失效，导致以其作为吸收层的非晶硅薄膜太阳能电池的性能随光照而严重下降，从而光照稳定性成为制约非晶硅薄膜太阳能电池发展的一个最大瓶颈。大量的实验和理论工作集于对光致衰退效应的特点和起源的研究，总的看法认为，S-W效应起因于光照导致在带隙中产生了新的悬挂键缺陷态(深能级)，这种缺陷态会影响氢化非晶硅(a-Si:H)膜材料的费米能级E_F的位置，从而使电子的分布情况发生变化，进而一方面引起光学性能的变化,另一方面对电子的复合过程产生影响。这些缺陷态成为电子和空穴的额外复合中心,使得电子的俘获截面增大、寿命下降。为了更好地理解S-W效应产生的机理并控制a-Si∶H薄膜中的悬挂键，以期寻找稳定化处理方法，20多年来，国内外科学工作者进行了不懈的努力，提出了大量的物理模型，主要有弱键断裂(SJT)模型、“H玻璃”模型、H碰撞模型、Si-H-Si桥键形成模型、“defect pool”模型等,。但由于问题本身的复杂性，没有一个模型可以解决全部的实验事实，至今仍没有形成统一的观点，相应地，也没有较为有效地改善非晶硅光照稳定性的方法和工艺。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种改善非晶硅薄膜光致衰退效应的沉积装置，通过在本征氢化非晶硅薄膜的沉积过程中施以连续类太阳光谱的照射，使薄膜在形成的整个过程经受类似耐光照性能的训练，提高薄膜成形后的光照稳定性能。

本实用新型的目的是通过以下技术方案予以实现的，一种改善非晶硅薄膜光致衰退效应的沉积装置，包括热丝化学气相沉积真空室及真空泵，所述真空室的顶部装有混合气体进气管道，真空室内部装有分解混合气体的电热丝和加热玻璃衬底的电加热器，其特征在于，在真空室内相对两侧的内壁上各装一个类太阳光谱的氙灯持续照射本征非晶硅薄膜的沉积过程，所述氙灯的安装位置高于玻璃衬底的上表面。

所述氙灯的辐射功率密度为800~1200W/m²。

本实用新型采用类太阳光谱的氙灯作为光源持续照射本征非晶硅薄膜的沉积过程，氙灯的辐射功率密度设置为800~1200W/m²，以类似于太阳光谱，照射时间为本征氢化非晶硅薄膜的整个沉积过程，薄膜在形成的整个过程经受类似耐光照性能的训练，提高薄膜成形后的光照稳定性能，在光照条件下，薄膜内部微结构向着有利于抗光照衰退的趋势转化，使得非晶硅薄膜光致衰退效应得到改善。

附图说明

图1为本实用新型实施例的结构示意图；

图2为采用本装置制备的单结非晶硅薄膜太阳能电池初始和光衰退后的光照I-V曲线图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

如图1所示，本实用新型所提供的一种改善非晶硅薄膜光致衰退效应的沉积装置，包括热丝化学气相沉积真空室11及真空泵7，真空室11的顶部装有混合气体进气管道10，真空室11内部装有分解混合气体的电热丝9和加热玻璃衬底5的电加热器8，在真空室11内相对两侧的内壁上各装一个类太阳光谱的氙灯1、2，氙灯1、2的电源线3、4通过真空法兰6连接到外部220V交流电源，氙灯1、2的安装位置高于玻璃衬底5的上表面，使氙灯1、2发出的光线可以照射到玻璃衬底5上表面沉积的非晶硅薄膜，玻璃衬底5经加热器8加热至200℃，真空度达到2×10^-4Pa时，通入混合气体氢气和硅烷，由热丝分解混合气体所沉积的非晶硅薄膜在玻璃衬底5上生长，薄膜生长的全过程都处于氙灯的照射之下，氙灯的辐射功率密度为800~1200W/m²。

制备单结非晶硅薄膜太阳电池器件，结构为：玻璃/AZO（掺铝的氧化锌）/P型非晶硅/I型非晶硅/N型非晶硅/银电极。首先制备一个I型非晶硅经氙灯照射的器件A，再制备一个I型非晶硅没有经氙灯照射的器件B，器件A与器件B 的其他各层工艺参数保持完全一样；

为了比较采用本实用新型沉积装置所制备器件A与现有器件B的光照稳定性能优劣，分别测试两个器件的初始光照I-V特性以及经室外光衰减的I-V特性，即当器件制备完成时，立即测试光照I-V曲线，然后将两个器件放置于室外相同的光照环境下，保持一周的时间，然后再测试它们的光照I-V曲线。

表1为器件A与器件B初始光伏性能指标与经一周室外光衰退实验后的光伏性能指标比较，图2为器件A太阳能电池的初始和光衰退后的光照I-V曲线。由表1和图2可见，采用本实用新型沉积装置所制备器件A相比传统无氙灯照射沉积制备的器件B，初始的开路电压V_OC、短路电流J_SC、填充因子FF均有所降低，这与实时光照沉积过程有关，但是其光衰退效应却有了较好的改善，光照稳定性得到了提高，开路电压V_OC、短路电流J_SC、填充因子FF光照衰减的幅度均比无光照沉积时要小，光电转换效率光照衰退率仅为5.9%，优于不用氙灯照射的9.7%。光照稳定性的改善主要体现在电池器件的填充因子FF经光照稳定性得到提高，这也正是光照后电池器件的光电转换效率降低较小的主要因素，从而说明本实用新型的沉积装置对光致衰退效应有着积极的改善作用。

表1

  上述实施例作为本实用新型的较佳实施方式，详细说明了本实用新型的技术构思和实施要点，并非是对本实用新型的保护范围进行限制，凡根据本实用新型精神实质所作的任何简单修改及等效结构变换或修饰，均应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种改善非晶硅薄膜光致衰退效应的装置，包括热丝化学气相沉积真空室及真空泵，所述真空室的顶部装有混合气体进气管道，真空室内部装有分解混合气体的电热丝和加热玻璃衬底的电加热器，其特征在于，在真空室内相对两侧的内壁上各装一个氙灯，所述氙灯的安装位置高于玻璃衬底的上表面。

2.根据权利要求1所述的一种改善非晶硅薄膜光致衰退效应的装置，其特征在于，所述氙灯的辐射功率密度为800~1200W/m²。

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