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金属氧化物半导体与n型单晶硅接触特性研究【字数:10666】

2023-11-13 21:51编辑: www.51jrft.com51今日论文网
摘 要本论文首先对硅晶体太阳能电池的发展背景进行了简要介绍;然后介绍了不同掺杂方式的载流子选择性接触在太阳能电池研究中的意义。本课题以实验为主,在现成的n型轻掺杂单晶硅片上,通过沉积不同高功函数的金属氧化物半导体(无需额外掺杂技术)来实现空穴的选择性接触,采用转移长度方法(transfer length method; TLM)测试不同金属氧化物半导体与n型单晶硅的接触电阻。在对比分析了银薄膜电池、氧化钼薄膜电池和氧化钨薄膜电池的接触电阻率后,得出氧化钼薄膜n型硅电池的接触电阻率较低,并在优化金属氧化物半导体薄膜与n型单晶硅之间接触电阻方面给出建议。
目录
1. 绪论 1
1.1 硅晶体太阳能电池研究背景 1
1.2 单晶硅太阳能电池 1
1.2.1单晶硅太阳能电池原理 1
1.2.2 经典单晶硅太阳能电池 2
1.2.3 新型无掺杂载流子选择性接触 3
1.2.4 n型单晶硅的稳定性 4
1.3 优化接触电阻对太阳能电池研究的实际意义 4
2. 方案制定 6
2.1 制定思路 6
2.2 接触电阻 6
2.2.1 接触电阻概念 6
2.2.2 接触电阻定义及等效模型 6
2.3 转移长度法(TLM) 9
3. 实验 11
3.1 实验概述 11
3.2 设计加工测试掩模 11
3.3 标准RCA法清洗硅片 13
3.4 热蒸镀金属氧化物半导体 14
3.5 测量电极间的电阻 15
3.6 推算方块电阻 15
3.7 拟合算出接触电阻和接触电阻率 15
4. 结果与分析 17
4.1 氧化钼作为金属氧化物时的接触电阻 17
4.2 二次拟合 20
4.3 银薄膜薄膜与n型单晶硅欧姆接触 21
4.4 数据分析 21
结语 23
参考文献 24
致谢 25
绪论
硅晶体太阳能电池研究背景
太阳能直接来 *51今日免费论文网|www.51jrft.com +Q: #351916072
源于太阳,从来源到光电转换的设备都绿色环保,具有极大的发展潜力。与其他光伏技术相比,硅太阳能电池具有更高的使用稳定性,不易受温度压力等影响;制备太阳能电池的基础元素硅无毒无害,储量丰富,吸收光并转换为电的效率较高。它利用原理十分简单的晶体硅作为把太阳光转化为电能源的器件。近年来,硅晶硅太阳能电池在国家政策和各个环保机构的推动下,发展速度不断加快,各种高效硅太阳能电池的新兴技术层出不穷,可以说光伏技术已经是国家综合国力比拼的一部分。当前,太阳能电池应用最广泛的有单晶硅、多晶硅、非晶硅、砷化镓化合物和有机半导体这几类。[1]
1999年位于澳大利亚的新南威尔士大学(UNSW)将当时许多公司和研究所的太阳能电池的光电转换效率进行比较,最终确立光生电的转换效率记录为25.0%。这项记录在2014年被打破,[2]经过权威的独立认证,日本松下和美国SunPower公司使用工业尺寸大小的硅晶片的光电转换效率已经达到了25.6%和25.0%。[3][4]近年来晶体硅太阳能技术的提高使得光生电的转换效率提高,太阳能电池板等相关设备的成本下降,到目前为止,许多国家由太阳能转化的电能的价格已经低于化石燃料和核能产生电力的平均价格,许多家庭已经用上了太阳能发电的相关设备。我们应该抓住这个机遇,跟上时代的步伐,对晶体硅太阳能电池进行不懈的研究。
1.2 单晶硅太阳能电池
1.2.1单晶硅太阳能电池原理
单晶硅太阳能电池是人类光伏产业发展中历史最悠久的,也是最经典的一种绿色环保清洁能源。如今晶体硅电池的生产技术已经十分的高效成熟,大部分工厂在制造单晶硅电池的时候采用复拉的方式做成单晶硅棒,最终经过制备成型、抛磨打磨、污染清洗等程序做出太阳能电池的原始材料。
单晶硅太阳能电池的主要原理是pn结半导体的光生伏特效应,也就是我们所说的光伏效应。当光照射在半导体上的时候,如果光子的能量大于禁带宽度,pn结就会产生成对的电子和空穴,这些载流子中没有被复合的部分到达空间电荷区,受内建电场的吸引,电子流入n区,空穴流入p区,这就使的n区带正电,p区带负电,产生了电势大于势垒电场的光生电场。[5]因为硅具有1.12eV的能带隙,正巧对应于1160nm的光吸收截止波长。该带隙与太阳光谱十分匹配,非常接近单个半导体光电转换的最佳值。忽略其他复合的影响,仅考虑辐射复合,硅电池将光转化成电流的理论极限在25℃时为33.5%,比其他元素制成的半导体材料高。[6]因此硅元素制成的半导体材料在光伏产业使用十分广泛,占全球光伏产业份额的90%。
1.2.2 经典单晶硅太阳能电池
利用传统的单晶硅电池制造技术制成的太阳能电池有2种,主要代表为同质结和异质结。同质结采用扩散掺杂形成的p+型空穴选择性接触和n+型电子选择接触,由于发展时间较长,技术较为成熟,图1.2.1是经典掺杂剂扩散的同质结模型。图1.2.2是硅异质结电池的结构,相比于同质结,异质结电池有2个特别明显的不同之处,首先它利用厚度很薄的氢化非晶硅层来实现接触面的钝化,值得一提的是在调整沉积工艺后,晶片和缓冲层之间的原子级尖锐界面没有任何外延硅。其次,异质结晶硅电池分别以p+型和n+型重掺杂非晶硅为空穴和电子选择性接触。[7]

图1.2.1 Figure caption:同质结硅电池示意图
图中在纹理化的p型硅晶片中通过正面红色部磷掺杂和背面绿色部分铝掺杂区域提取电子和空穴。前表面用非晶氮化硅钝化,同时作为减反射层。铝用作背接触并且在烧制期间用作掺杂剂源。

图1.2.2 Figure caption:异质结硅电池示意图
图中n型硅晶片的前后表面由本征非晶硅层钝化,然后通过在前部和后部沉积硼和磷掺杂的p+型和n+型非晶硅来建立空穴与电子的选择性接触。使用基于氧化铟等金属氧化物的透明电极作用于反射涂层。在背面采用透明导电氧化物,以减少银反射面的等离子体吸收。多数情况下,ITO不仅作为减反射层,还作为导电的电极,如这张图所示,银既是反射面,也是背电极。

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