宽光谱高效硅基薄膜太阳电池的基础研究报告

介绍高绒度MOCVD-ZnO:B透明导电薄膜用作非晶硅太阳电池前电极、非晶硅太阳电池BZO/p-a-SiC:H接触特性改善、非晶硅界面缓冲层对非晶硅锗电池性能的影响以及非晶硅锗电池性能的调控等方面的研究内容及结果。首先我们将自行研制的具有优异陷光效果的掺硼氧化锌BZO用作p-i-n型非晶硅太阳电池的前电极,并且将传统商业用U型掺氟二氧化锡FTO作为对比电极。结果表明相对FTO电池,尽管BZO电池的电流优势明显,但当本征层厚度较薄时其Voc和FF却较差。原因是相对于表面较为平滑的FTO,BZO表面呈大类金字塔的绒面结构会在本征层生长过程中触发阴影效应,形成大量的高缺陷材料区和漏电沟道,进而恶化电池的Voc和FF。在不修饰BZO表面形貌的情况下,通过调节非晶硅本征层的沉积温度来消弱BZO高绒度表面引起的这种不利影响,改善后的电池Voc和FF均有提升。在仅有Al背电极的情况下,当本征层厚度为200 nm时,BZO前电极非晶硅太阳电池效率达7.34%。其次,我们采用重掺杂的p型微晶硅来改善前电极掺硼氧化锌(ZnO:B)和窗口层p型非晶硅碳(p-aSiC)之间的非欧姆接触特性。通过优化插入层p型微晶硅的沉积参数(氢稀释比H_2/SiH_4、硼掺杂比B_2H_6/SiH_4)获得了较薄厚度下(20 nm)暗电导率高达4.2 S/cm的p型微晶硅材料。在本征层厚度约为150 nm,仅采用Al背反射电极的情况下,获得了效率6.37%的非晶硅顶电池,开路电压Voc和填充因子FF均较无插入层的电池有大幅提升。第三,采用射频等离子体增强化学气相沉积(RF-PECVD)技术,进行了非晶硅锗薄膜太阳电池的研究。针对非晶硅锗薄膜材料的本身特性,通过调控硅锗合金中硅锗的比例,实现了对硅锗薄膜太阳电池中开路电压和短路电流密度的分别控制。借助于本征层硅锗材料帯隙梯度的设计,获得了可有效用于多结叠层电池中的非晶硅锗电池。最后,介绍了针对非晶硅锗电池本征层高锗含量时界面带隙失配以及高界面缺陷密度造成电池开路电压和填充因子下降的问题,通过在P/I界面插入具有合适带隙的非晶硅缓冲层,不仅有效缓和了带隙失配,降低界面复合,同时也通过降低界面缺陷密度,改善内建电场分布从而提高了电池的收集效率。进一步引入I/N界面缓冲层以及对非晶硅锗本征层进行能带梯度设计,在仅采用Al背电极时,单结非晶硅锗电池转换效率达8.72%。总之,通过以上优化措施,最后获得了效率为14.06%的非晶硅/非晶硅锗/微晶硅三结叠层太阳电池。     

用等离子体化学传输淀积[PCTD]法制备非晶硅合金膜及其特性

等离子体化学传输淀积[PCTD]法,是我们用来制备非晶硅合金膜的第二种新方法。在这方法中,我们利用从气体源产生的等离子体中的活性元素,在付蚀区腐蚀多晶硅或多晶硅和掺杂材料。腐蚀后的产物由于气流和电场的作用,传输到淀积区与H_2及电极和衬底表面起反应,在淀积区电场中的衬底上淀积出非晶硅合金膜。文中对淀积的机理、制备方法以及膜的结构和性质作了报导和讨论。     

一种优越的钝化膜(a-Si:O:H)

本文报道了用等离子放电SiH_4+H_2+H_2O混合气体淀积氢化非晶硅氧合金膜,均匀、致密、耐腐蚀、半绝缘、电中性、富含氢,是较理想的半导体器件钝化膜。兼有SiO_2和a-Si:H的优点,而又克服了它们各自的缺点。用它钝化的平面晶体管放在盐水里几小时后,特性不变。     

氧化生成的锗纳米结构的量子受限分析

研究了硅锗合金的氧化行为，首次发现快氧化生成的锗纳米膜复盖在氧化层上。在PL谱中，我们发现与锗纳米结构相关的一些新的谱峰。量子受限模型和新的算法被给出，较好地解释了PL谱的分布和形成机理。     

SiGe合金氧化层中的纳米结构(英文)

我们在硅锗合金衬底上采用氧化等制膜方式生成零维和三维的纳米结构样品,用高精度椭偏仪(HPE)、卢瑟福背散射谱仪(RBS)和高分辨率扫描透射电子显微镜(HR-STEM)测量样品的纳米结构,并采用美国威思康新州立大学开发的Rump模拟软件对卢瑟福背散射谱(RBS)中的CHANNEL谱和RANDOM谱分别进行精细结构模拟,计算且测量出纳米氧化层与锗的纳米薄膜结构分布,并且反馈控制加工过程,优化硅锗半导体材料纳米结构样品的加工条件。我们在硅锗合金的氧化层表面中首次发现纳米锗量子点和量子层结构,我们首次提出的生成硅锗纳米结构的优化加工条件的氧化时间和氧化温度的匹配公式和理论模型与实验结果拟合得很好。     

非晶/微晶相变区硅基薄膜太阳能电池研究进展

综述了非晶/微晶相变区硅基薄膜的微观结构、光电特性及其在太阳能电池中的应用进展.稳定优质的宽带隙初始晶硅薄膜处于非晶/微晶相变区的非晶硅一侧,其相比于非晶硅具有更高的中程有序性和更低的光致衰退特性.低缺陷密度的窄带隙纳米晶硅薄膜处于非晶/微晶相变区的微晶硅一侧,有效钝化的纳米硅晶粒具有较高的载流子迁移率和较好的长波响应特性.基于上述相变区硅薄膜材料的叠层电池已经达到13.6%的稳定转换效率.掺锗制备的硅锗薄膜可进一步降低薄膜的带隙宽度,引入相变区硅锗合金薄膜后,三结叠层电池初始效率已经达到16.3%,四结叠层太阳能电池理论效率可以超过20%.     

SiGe合金氧化层中的纳米结构

我们在硅锗合金衬底上采用氧化等制膜方式生成零维和三维的纳米结构样品,用高精度椭偏仪(HPE)、卢瑟福背散射谱仪(RBS)和高分辨率扫描透射电子显微镜(HR-STEM)测量样品的纳米结构,并采用美国威思康新州立大学开发的Rump模拟软件对卢瑟福背散射谱(RBS)中的CHANNEL谱和RANDOM谱分别进行精细结构模拟,计算且测量出纳米氧化层与锗的纳米薄膜结构分布,并且反馈控制加工过程,优化硅锗半导体材料纳米结构样品的加工条件.我们在硅锗合金的氧化层表面中首次发现纳米锗量子点和量子层结构,我们首次提出的生成硅锗纳米结构的优化加工条件的氧化时间和氧化温度的匹配公式和理论模型与实验结果拟合得很好.     

MECHANISM OF NANOSTRUCTURE IN OXIDATION OF Si1-xGex AL-LOYS

我们在硅锗合金衬底上采用氧化等制膜方式生成零维和三维的纳米结构样品,用高精度椭偏仪(HPE)、卢瑟福背散射谱仪(RBS)和高分辨率扫描透射电子显微镜(HR-STEM)测量样品的纳米结构,并采用美国威思康新州立大学开发的Rump模拟软件对卢瑟福背散射谱(RBS)中的CHANNEL谱和RANDOM谱分别进行精细结构模拟,计算且测量出纳米氧化层与锗的纳米薄膜结构分布,并且反馈控制加工过程,优化硅锗半导体材料纳米结构样品的加工条件.我们在硅锗合金的氧化层表面中首次发现纳米锗量子点和量子层结构,我们首次提出的生成硅锗纳米结构的优化加工条件的氧化时间和氧化温度的匹配公式和理论模型与实验结果拟合得很好.     

辉光放电无定形锗硅合金膜的红外吸收和氧的扩散

本工作主要着眼于锗硅合金(Si_(1-x) Ge_x∶H)红外吸收谱的某些变化和生长参数的关系,以寻求较合适的生长条件.实验中改变的参数有三个:锗含量,衬底温度,射频功率.我们首次观察到空气中的氧能扩散进某些条件下生长的锗硅合金膜.样品的制备和测量所用无定形锗硅合金膜,是在射频辉光放电中分解一定体积比的硅烷(SiH_4)和锗烷(GeH_4)淀积而成.硅烷、锗烷的纯度为99.999%,水和氧的含量都少于五百万分之一.红外测量的样品是淀积在粗抛过的高阻硅单晶片上.用涡旋分子泵把真空室抽空至真空度高于3×10~(-8)乇,然后通进硅烷和锗烷,按所要求的体积比进行混和,并把总压力固定在0.25乇.锗的含量x 在0和0.75之间变化,衬底温度在228—     

SiGe合金氧化层中的纳米结构

我们在硅锗合金衬底上采用氧化等制膜方式生成零维和三维的纳米结构样品，用高精度椭偏仪(HPE)、卢瑟福背散射谱仪(RBS)和高分辨率扫描透射电子显微镜(HR-STEM)测量样品的纳米结构。并采用美国威思康新州立大学开发的Rump模拟软件对卢瑟福背散射谱(RBS)中的CHANNEL谱和RANDOM谱分别进行精细结构模拟。计算且测量出纳米氧化层与锗的纳米薄膜结构分布，并且反馈控制加工过程。优化硅锗半导体材料纳米结构样品的加工条件。我们在硅锗合金的氧化层表面中首次发现纳米锗量子点和量子层结构，我们首次提出的生成硅锗纳米结构的优化加工条件的氧化时间和氧化温度的匹配公式和理论模型与实验结果拟合得很好。     

Fe—P非晶合金电沉积镀层的制备及其腐蚀性能

本文以电化学方法研制Fe—P非晶合金的电沉积镀层。研究了各种电沉积条件对合金中磷含量的影响。测定了非晶合金的腐蚀性和极化曲线。实验结果指出,在开始阶段合金是活化腐蚀,合金中的磷加快了腐蚀过程,最后磷在表面的富集,使合金进入钝化状态。 对非晶合金电沉积镀层的晶化温度和硬度进行了测定。     

测量铁磁非晶合金激活能的新方法

介绍了一种测量非晶晶化激活能的新方法－MTGA法。分别用DSC和MTGA研究了Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9非晶合金的昌化动力学。结果表明。MTGA法不但比DSC法能更加详细反映出晶化动力学和相变的过程，而且用DSC和MTGA测量的a－Fe（si）相的晶化激活能基本一致。     

一种改进的非晶合金变压器空载损耗计算

针对非晶合金变压器铁心片厚度小和电阻率高的低空载损耗的特性,提出了一种改进的铁心重量及空载损耗计算方法;该方法基于Sigmoidal函数对非晶合金单位损耗曲线进行最小二乘拟合,针对铁心柱和铁轭具有不同的磁感应强度值分别进行空载损耗计算。通过对不同容量非晶合金变压器的改进计算,与试验所得数据进行对比。结果表明,改进的Sigmoidal曲线拟合及分区计算空载损耗较传统的经验公式计算误差小,更加接近实际,所提出的非晶合金改进计算方案是切实可行和有效的。     

应变Ge1-yCy合金的带隙

采用基于局域密度泛函理论和虚晶近似下的从头赝势法，研究Si(001)和Ge（001）衬底上的应变Ge1-yCy合金，其带隙随碳含量和晶格失配度的变化情况。结果发现，带隙对应变条件非常敏感。硅衬底上应变Ge1-yCy合金的带隙随碳组分的增加而增加，而锗衬底上应变Ge1-yCy合金的带隙随炭组分的增加而减小。     

Al85 Ni10 Er5非晶合金晶化动力学效应的研究

应用Kissinger公式计算得到Al_(85)Ni_(10)Er_5非晶合金初始晶化激活能Ex为104 k J/mol.计算了Al_(85)Ni_(10)Er_5非晶合金的拓扑不稳定参数λ=0.087,说明合金是铝基纳米晶合金.Al_(85)Ni_(10)Er_5非晶合金第一放热峰的晶化体积分数与温度的关系曲线均呈"S"形,随升温速率的增加,这种"S"形曲线均向高温处移动.合金晶化第一阶段的晶化激活能Ea(x)与晶化体积分数呈线性递减趋势.此外,晶化体积分数在10%~50%阶段的激活能Ea(x)大于合金初始晶化激活能Ex,这是由于非晶合金内稳定的无序原子团簇结构有效地抑制了初生晶相长大的结果.     

碳纳米管Fe82P18非晶复合材料的晶化行为

为研究碳 nm管对铁磷非晶热稳定性的影响 ,分别对快速凝固制备的铁磷非晶合金和碳 nm管铁磷非晶复合材料进行了晶化过程的磁热分析 ,并测定了晶化激活能和Avrami指数。结果表明 ,随着碳 nm管体积分数的提高 ,铁磷非晶基体的晶化特征温度明显提高 ,晶化激活能增加 ,加入体积分数约 10 %的碳 nm管使晶化开始温度提高了约10 0 K,晶化激活能增加约 40 % ;铁磷非晶晶化过程表现为形核及晶核一维长大的单一阶段 ,而碳 nm管铁磷非晶的晶化过程分为明显的两个阶段 ,出现了显著的二维长大过程。     

在二甲亚砜中脉冲电沉积La-Co-Fe合金膜的研究

应用脉冲电解技术制备La-Co-Fe合金膜,加入络合剂乙二胺后,可制备出表面光滑、致密、粘附性好和有金属光泽的La-Co-Fe合金膜.室温下所得合金膜是非晶态的,并对非晶态La-Co-Fe合金膜进行了磁性测试.经热处理后,La-Co-Fe合金膜在物相中有La和LaFeO3.     

四探针和双四探针法测量非晶态薄膜合金电阻的研究

研究了四探针和双四探针法测量非晶态薄膜合金电阻的几何尺寸效应,提出了一种高精度测量非晶态窄带薄膜合金电阻的新方法,理论和实验的研究结果都证明了这种方法的可行性。     

Mesostructured germanium with cubic pore symmetry

Regular mesoporous oxide materials have been widely studied and have a range of potential applications, such as catalysis, absorption and separation. They are not generally considered for their optical and electronic properties. Elemental semiconductors with nanopores running through them represent a different form of framework material with physical characteristics contrasting with those of the more conventional bulk, thin film and nanocrystalline forms. Here we describe cubic mesostructured germanium, MSU-Ge-1, with gyroidal channels containing surfactant molecules, separated by amorphous walls that lie on the gyroid (G) minimal surface as in the mesoporous silica MCM-48 (ref. 2). Although Ge is a high-melting, covalent semiconductor that is difficult to prepare from solution polymerization, we succeeded in assembling a continuous Ge network using a suitable precursor for Ge(4-) atoms. Our results indicate that elemental semiconductors from group 14 of the periodic table can be made to adopt mesostructured forms such as MSU-Ge-1, which features two three-dimensional labyrinthine tunnels obeying Ia3d space group symmetry and separated by a continuous germanium minimal surface that is otherwise amorphous. A consequence of this new structure for germanium, which has walls only one nanometre thick, is a wider electronic energy bandgap (1.4 eV versus 0.66 eV) than has crystalline or amorphous Ge. Controlled oxidation of MSU-Ge-1 creates a range of germanium suboxides with continuously varying Ge:O ratio and a smoothly increasing energy gap.