晶硅薄膜的制備及其在太陽電池中的實際運用

黃文浩

摘 要：太陽能光伏發電是一種可以憑借太陽能轉化為電能的過程來滿足社會化需求，通過此種策略來科學化的利用能源，從而避免對現有的非可再生資源等物質的過渡消耗。文章就從晶硅薄膜的制備方式著手來闡釋其中所存在的問題，并提出相應的可行性制備措施，同時，針對基于晶硅薄膜物質的太陽能電池的性能進行剖析，從而總結出科技發展對實際的太陽能電池制備項目的重要意義。

關鍵詞：晶硅薄膜；制備；太陽電池；實際運用

前言

現階段，我國太陽能市場當中，太陽能電池主要為體硅電池，盡管能夠在一定程度上滿足市場需求，但該類型電池的成本較高，其原因在于硅片價格較高。這樣一來，便導致了太陽能電池的發電成本高居不下，僅就成本這一項，其與普通的電力發電策略便無力競爭。在這種情形之下，經研究分析可知，采用晶體硅薄膜物質來替代體硅材料，能夠將太陽能發電成本拉低，這就為太陽能發電項目的推廣應用提供了土壤。

1 晶硅薄膜的制備

1.1 晶硅薄膜制備的實施背景研究

在全世界光伏市場上近九成的市場份額是由晶體硅電池所占據，其中，包括了單晶硅電池與多晶硅電池等等，硅基薄膜電池在其他市場份額中有主導地位。晶體硅電池效率很高，因為制備過程需要很高溫度的工藝，因此生產成本限制了其發展。而非晶硅電池雖然成本低廉但是市場上銷售的非晶硅電池效率只有8%，并且存在著光致衰退的效應也影響著電池的穩定性。在太陽能電池成本縮減要求的驅動下，國內光伏產業項目有著實質性的進步，而且，雖然HIT太陽電池本身的成本降低了，但其效率較高、性能穩定，現在已經成為了國內外光伏領域研究的熱點。

1.2 分析晶硅薄膜的主要制備方法

從總體情況來看，在項目研究中或是實踐過程當中，較為常用的制備晶硅薄膜的方法有：常壓化學氣相沉積（簡稱：APCVD方法）、低壓化學氣相沉積（LPCVD方法）、等離子體增強化學氣相沉積（PECVD方法）。其中，CVD技術的主要特點表現在，其底部附著一層薄膜，整體的化學穩定性較弱，容易得到一種具備明顯梯度的沉積狀態的化學物質。此外，CVD技術工藝是在較低壓力和溫度下進行的，不僅用來增密炭基材料，還可增強材料斷裂強度和抗震性能是在較低壓力和溫度下進行的。

1.3 幾種晶硅薄膜制備方法的對比分析

常壓化學氣相沉積方法的優勢在于，該方法的反應器結構簡單，而且，沉積的速率較快，往往在低溫的條件下也可以沉積，其弊端在于易形成粒子污染，且階梯覆蓋能力較差。相對而言，低壓化學氣相沉積方法的優勢更為突出，其有著高純度、階梯覆蓋能力強、產量高等方面的技術優勢，適用于大規模的晶硅薄膜生產，但此種方法的低沉積速率不佳。此外，等離子體增強化學氣相沉積方法的低溫制備狀況較為穩定，且高沉積的速率優良，同低壓化學氣相沉積方法一樣，該方法的階梯覆蓋性較為良好，但其也存在粒子污染的情況，甚至會有一定的化學污染[1]。總之，三種晶硅薄膜制備方法各有利弊，需要在實踐過程中，具體問題具體分析，并采取最佳的技術手段，來制備晶硅薄膜物質。

1.4 晶硅薄膜制備方法的具體操作

采用多腔室的射頻等離子體增強化學氣相淀積技術制備非晶硅薄膜。氣體總流量為60sccm，射頻功率為10W，沉積氣壓為80Pa，加熱溫度為300-500攝氏度。分別在載玻片上和拋光硅片上沉積非晶硅薄膜研究其光電特性和結構特性。薄膜的透射率利用7-CSPEC光譜性能測試系統測得，在室溫下利用傅立葉紅外吸收光譜研究薄膜的微結構[2]。

2 晶硅薄膜在太陽電池中的實際運用

從具體的應用過程來看，應用了晶硅薄膜的太陽電池的重量較輕，晶硅薄膜應用與太陽電池中，促使太陽電池的抗輻照性增強。此外，將晶硅薄膜應用與太陽電池中，使其耐高溫特性極佳。

2.1 應用了晶硅薄膜的太陽電池的重量較輕

從技術的角度來看，在不銹鋼的襯底或是聚脂薄膜的襯底上制備非晶硅薄膜電池，其有著重量較輕且柔軟的特性，同時，其所具備的高“比功率”特性也十分突顯。從具體的數據分析內容來看，在不銹鋼的底襯上的“比功率”能夠達到近每公斤1000W左右，如若將其轉移至聚脂薄膜襯底上，其最高的“比功率”甚至可以達到每公斤2000W。除了其“比功率”性能有所增強以外，鑒于聚脂薄膜襯底較薄，且便于攜帶，所以，將其用于實際的項目中，能夠在一定程度上縮減必要的運輸成本，還可以有效利用空間[3]。

2.2 晶硅薄膜應用于太陽電池中，促使太陽電池的抗輻照性增強

由于宙射線粒子的輻射不會影響非晶硅太陽電池中載流子的遷移率，但是，它卻能大大減少晶體硅太陽電池和砷化鎵太陽電池中少子的擴散長度，這樣一來，就促使太陽電池具備了極佳的穩定性，與此同時，多結的非晶硅太陽電池比單結的具有更高的抗輻照能力[4]。

2.3 將晶硅薄膜應用于太陽電池中，使其耐高溫特性增強

從理論上來分析，非晶硅材料的光學帶隙通常大于1.65eV，有相對較寬的帶隙，所以，非晶硅材料比單晶硅和砷化鎵材料有更好的溫度特性[5]。而且，在同樣的工作溫度下，非晶硅太陽電池的飽和電流遠小于單晶硅太陽電池和砷化鎵太陽電池。

3 結束語

總而言之，通過分析晶硅薄膜的制備，能夠了解到制備過程的核心操作要點，且通過對熱絲CVD沉淀的研究，利用相關技術制備了硅薄膜p-n結，從而得到諸如單晶硅片對多晶硅片薄膜有序生長誘導因素等方面的相關結論內容，并在諸多相關聯的反應之下，促使其形成一種復雜的多面體晶體材料。從現實的角度來看，將晶硅薄膜運用到太陽電池之中，能夠有效提升太陽電池的總體性能。

參考文獻

[1]齊曉光，楊瑞霞，雷青松，等.P型非晶硅薄膜制備及其在HIT太陽電池中應用[J].人工晶體學報，2014，2（2）：282-284.

[2]陳培專，侯國付，張建軍，等.基于一維光子晶體的新型背反射器及其在非晶硅薄膜太陽電池中的應用[J].物理學報，2014，7（7）：310-313.

[3]孫紅堯，傅宇方，陸采榮，等.海港工程浪濺區和水位變動區結構的防腐蝕技術回顧[J].腐蝕與防護，2011，9（9）：719-720.

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