本文選題：微晶硅鍺薄膜 + 光電模擬��； 參考：《南開大學(xué)》2014年博士論文

【摘要】：微晶硅鍺薄膜具有高吸收系數(shù)、窄帶隙等特點(diǎn),是非常有前景的太陽(yáng)電池吸收層材料。目前,該材料經(jīng)過(guò)不斷的優(yōu)化已初步應(yīng)用于太陽(yáng)電池中,但是如何才能發(fā)揮該材料的最大優(yōu)勢(shì)則需要從電池結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行全面的理論研究,為此,本論文首先采用RF-PECVD技術(shù),對(duì)微晶硅鍺薄膜的制備工藝進(jìn)行了探索,并以獲得的薄膜參數(shù)為基礎(chǔ),對(duì)微晶硅鍺太陽(yáng)電池進(jìn)行了系統(tǒng)的光電模擬研究,本論文的主要研究?jī)?nèi)容和成果如下： 第一,通過(guò)實(shí)驗(yàn)的優(yōu)化,我們確定出μc-Si1-xGex:H薄膜的制備參數(shù)：總流量、反應(yīng)氣壓、襯底溫度、輝光功率和電極間距分別為350sccm、300Pa、200℃、10W和10mm。硅鍺濃度隨鍺含量的不同保持在2%至1%之間。為同時(shí)提取微晶硅鍺薄膜的兩個(gè)光學(xué)常數(shù)—折射率和吸收系數(shù),我們建立了一種由透射譜出發(fā)并結(jié)合多層結(jié)構(gòu)模型以及柯西色散公式的Matlab方法,與傳統(tǒng)Swanepeol方法、PUMA方法相比,Matlab法通過(guò)透射率極值的位置而非幅值來(lái)計(jì)算折射率,能夠有效避免幅值大小偏差所造成的影響,得到更準(zhǔn)確的光學(xué)常數(shù),擬合精度能提高一個(gè)數(shù)量級(jí)。計(jì)算結(jié)果表明微晶硅鍺在整個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)有更高的吸收系數(shù)和折射率,并且二者隨鍺含量增加而增加。 第二,為了模擬微晶硅鍺電池結(jié)構(gòu)中的陷光結(jié)構(gòu),本文建立了一套完整的絨面散射建模方法,即基于Reyleigh-Sommerfeld理論的Matlab方法。并針對(duì)隨機(jī)形貌、周期形貌、疊加形貌三種不同形貌的四類散射(透射散射、反射散射、斜入透射射散、斜入射反射散射)特性分別進(jìn)行了建模分析。并且提出了一種新型的散射結(jié)構(gòu),即由周期結(jié)構(gòu)和隨機(jī)結(jié)構(gòu)所疊加而成的復(fù)合結(jié)構(gòu),研究發(fā)現(xiàn)由于存在隨機(jī)散射機(jī)制和周期散射機(jī)制兩種不同的散射機(jī)制,因而能夠?qū)崿F(xiàn)比任意分立結(jié)構(gòu)更好的散射特性,并且其散射特性由其內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征尺寸占主導(dǎo)所對(duì)應(yīng)的散射機(jī)制來(lái)決定。 第三,基于微晶硅鍺的光學(xué)參數(shù)以及所建立的散射模型,對(duì)微晶硅鍺單結(jié)及疊層電池進(jìn)行了模擬和實(shí)驗(yàn)研究。在光學(xué)結(jié)構(gòu)限制下單結(jié)微晶硅鍺電池的轉(zhuǎn)化效率極限可達(dá)14%以上。對(duì)于高鍺含量微晶硅鍺電池,種子層加上平滑鍺烷梯度層這一復(fù)合結(jié)構(gòu)能有效改善P/I界面。而對(duì)于I/N界面,硅烷梯度層是最佳的選擇。經(jīng)過(guò)優(yōu)化,在無(wú)背反、本征層厚度僅為650nm的情況下獲得了初始效率為4.63%Jsc=19.17mA/cm2, Voc=0.43V, FF=0.56)的單結(jié)PIN型μc-Si0.65Ge0.35:H電池。在電池總厚度約為0.9μm的情況下,獲得了初始效率為10.36%(Jsc=11.72mA/cm2, Voc=1.274V, FF=0.684)的a-Si:H/μc-Si0.65Ge0.35:H疊層電池。 第四,為了實(shí)現(xiàn)微晶硅鍺疊層電池光電一體化模擬,我們建立了一種新型的TRJ-F/TRJ-M/TRJ-B隧穿結(jié)模型,并發(fā)現(xiàn)它需滿足三個(gè)核心梯度：帶隙梯度為1.7eV/1.1eV/1.7eV,施主型隙態(tài)梯度為1X1015cm-3/5×1021cm-3/1×1020cm-3,受主型隙態(tài)梯度1X1015cm-3/5×1021cm-3/5×1021cm-3通過(guò)對(duì)帶隙匹配的分析,我們發(fā)現(xiàn)a-Si:H/a-SiGe:H/μc-SiGe:H的最佳帶隙結(jié)構(gòu)為1.85eV/1.5eV/1.0eV,轉(zhuǎn)化效率理論極限值為18.56%(Jsc=10.12mA/cm2, Foc=2.21V,FF=0.83)。
[Abstract]:The microcrystalline silicon germanium thin film has the characteristics of high absorption coefficient and narrow band gap , and is a very promising solar cell absorbing layer material . At present , the material has been applied to solar cells through continuous optimization , but how to exert the maximum advantage of the material needs a comprehensive theoretical study on the structure of the battery . For this reason , the paper firstly adopts RF - PECVD technology to study the preparation process of microcrystalline silicon germanium film , and studies the photoelectric simulation of the microcrystalline silicon germanium solar cell based on the obtained film parameter . The main research contents and achievements of this thesis are as follows :

First , the preparation parameters of 渭c - Si1 - xGex : H films were determined by experiments . The total flow rate , reaction pressure , substrate temperature , glow power and electrode spacing were 350 sccm , 300 Pa , 200 鈩，

本文編號(hào)：1934571