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超薄氧化硅与氮化钛复合层对光生电子导出的作用.docx
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超薄氧化硅与氮化钛复合层对光生电子导出的作用.docx
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摘要
采用湿法化学氧化和直流磁控溅射制备了超薄氧化硅(a-SiO
x
)和高电子浓度的氮化钛
(TiN)复合薄膜,研究其对半导体-准绝缘体-半导体(SQIS)光伏器件中晶硅表面的钝
化作用。实验结果表明:相对于铝背场电极,该光伏器件的光电转换效率相对提高了
20.72%。结合少子寿命测量和 AFORS-HET 模拟软件分析,揭示了开路电压增加的原
因。a-SiO
x
/TiN 与 n-Si 有 2.28 eV 的价带偏移,可以减缓空穴在背部界面的复合,使复合
速率降为原先的 1/10,从而有效增加开路电压,达到提高异质结器件光电转换效率的目
的,为 SQIS 光伏器件提供了一种工艺简单、制备成本低的背部钝化接触复合材料。
Abstract
Ultrathin silicon oxide (a-SiO
x
) and titanium nitride (TiN) composite film with high electron
concentration has been prepared by wet chemical oxidation and direct current magnetron
sputtering, and its passivation effect on the crystalline silicon surface in semiconductor-
quasi-insulator-semiconductor (SQIS) photovoltaic devices is investigated. The
experimental results show that the power conversion efficiency of the photovoltaic device
is relatively increased by 20.72% compared with that of the aluminum back field
electrode. The reason for the increase of open-circuit voltage is analyzed by combining
the minority carrier lifetime measurement and AFORS-HET simulation software. Ultrathin
a-SiO
x
/TiN and n-Si have a valence band off of 2.28 eV, which can slow down the
recombination of holes on the rear interface and reduce the recombination rate to 1/10 of
the original value, thereby effectively increases the open-circuit voltage and achieves the
purpose of improving the power conversion efficiency of heterojunction devices.
Therefore, the rear passivation contact composite material with simple process and low
cost is beneficial for SQIS photovoltaic devices.
1 引言
一种由铟锡氧化物薄膜/含铟非晶态氧化硅/n-型硅(ITO/a-SiO
x
(In)/n-Si)组成的新型半
导体-准绝缘体-半导体(semiconductor-quasi-insulator-semiconductor,SQIS)非对称异
质结太阳能电池,因其制造工艺简单、成本低而引起了人们的极大兴趣
[1-5]
。提高光电转
换效率(power conversion efficiency,PCE)也一直是太阳能电池领域的目标
[6]
,此前
的研究结果表明,这类 SQIS 器件的开路电压(open-circuit voltage,V
oc
)很难超过 0.6 V
[7-9]
。根据赝填充因子计算公式(pseudo-fill factor formula,pFF)
[10]
,在假设理想因子
不变的情况下,SQIS 器件 V
oc
较低是限制光电转换效率的主要因素。而影响该器件开路电
压最重要的 2 个因素是内建电势和钝化接触
[11]
。该器件的内建电势是由相关材料的功函
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