模拟非硅衬底上转换效率10的多晶硅薄膜太阳电池

　　多晶硅薄膜太阳电池领域的研究工作已经开展了十几年，其核心是制备薄膜的方法和增大薄膜的晶粒尺寸。近年来的工作主要集中在以下方法上：气相外延与区熔再结晶相结合的方法，即：等离子体增强化学气相沉积与固相晶化相结合的方法，即：PECVD+SPC+PECVD131，特别是迭层结构的电池。

　　使用CVD法直接在廉价衬底〔包括多晶硅条带（SSP）、导电陶瓷、带硅等〕上制备薄膜141.在这些方法中，以CVD+ZMR方法制备多晶硅薄膜太阳电池最为有效。

　　近年来，利用化学气相沉积（CVD）方法在高掺杂非活性单晶硅衬底上制备的薄膜电池效率已突破17%15，甚至可与单晶硅电池相匹敌。然而，在非硅衬底上制备的薄膜电池效率却很难超过10%.究其原因，主要是非硅衬底上的多晶硅薄膜晶粒小、晶向杂乱所引起。因而，增大薄膜晶粒成为关键问题。日本三菱公司采用区熔再结晶方法成功地解决了这一问题，并在薄膜太阳电池领域得以广泛的应用。

　　我们选用这一方法，利用自行研制的RTCVD及ZMR设备，进行了这方面的研究，制备了适于光经卤钨灯产生的光辐照加热，温度可迅速上升至1000~1200°c，样片的上表面由1支位于聚光腔内的卤钨灯灯光聚焦成的线状光束加热。增加光束强度可在样品表面产生一线状熔区。样片固定在水平放置可移动和调速的石英片上，在垂直于熔区的方向匀速移动，形成区熔再结晶的过程。熔区中心的图像经光学系统成像在CCD摄像机上，显示在监视器上。区熔效果直接与多晶硅薄膜层的厚度及拉速相关|61.其趋势为：多晶硅薄膜层越薄，拉速越慢，则缺陷密度越少。实验时选择了0.2mm/min的拉速及较薄的多晶硅薄膜层（7/m）12ZMR样品制备衬底为抛光的P型（100）重掺杂非活性单晶硅片，在其上用热氧化法制备一层Si2薄膜，再在Si2薄膜上光刻出一些窗口，用快速热化学气相沉积法（RTCVD）在Si2薄膜上沉积一层多晶硅层，用电子束蒸发法在其上制备一层2~10/%i厚的Si2薄膜，再在其上用LPCVD法制备一层几百A厚的Si3N4薄膜。Si2/Si3N4薄膜的作用在于防止区熔过程中有飞、氧化或氮化发生。为ZMR样品的X射线衍射（XRD）结果，显示了经ZMR后，多晶硅薄膜层具有了单一的（100）取向。

　　ZMR后多晶硅薄膜层的X射线衍射谱13多晶硅薄膜样品制备（a）和（b）分别为在SiO2上直接用RTCVD沉积的多晶硅薄膜的电镜照片和经过ZMR晶化籽晶层后再用RTCVD制备多晶硅薄膜的电镜照片。比较两者可以发现，经过ZMR工艺，晶粒明显地拉长，可达数百Pm.这些照片显示，经ZMR后，薄膜晶粒明显增加，取向一致，薄膜质量显着改善。

　　2结果和讨论在AM1.5太阳辐射光谱、25°C的标准测试条件下，多晶硅薄膜太阳电池的电性能参数为：21%，电池面积1.07cm2.为多晶硅薄膜太阳电池的结构。和分别给出了太阳电池的I一V曲线和光谱响应及结构。可以看出，电池在长波的响应较单晶硅稍差，这是由于薄膜厚度（20~30Pm）较单晶硅的薄而造成的；电池在短波的响应较单晶桂电池相差较多，可能与薄膜表面缺陷较Fig4Structureofpoly-Sithinfilmsolar多