太陽能電池是一種光電能量轉換器件，可以將光能轉變為電能并且在轉換過程中沒有任何污染物排放，是最重要的清潔能源之一。隨著人們環保意識的提高，地球上石油能源的日益衰竭，對于清潔能源的需求越來越旺盛。相比于其他清潔能源，利用半導體的光伏特性進行太陽能的能量轉換，具有不受地域限制的優點，地球上有陽光的地方，就能利用太陽能電池轉換太陽的直接能量和漫射能量硅基的太陽能電池基于電池體材料的差別可以分為：單晶硅太陽能電池、多晶硅太陽能電池和非晶硅薄膜太陽能電池。非晶硅薄膜太陽能電池雖然在電池的轉換效率上僅有8%~10%，但制備成本低，應用場合廣泛，如可以應用于柔性襯底和節能建筑上，成為了人們研究的重點。

非晶硅薄膜太陽能電池的轉換效率低于晶硅太陽能電池的主要原因在于非晶硅薄膜中的各種復合中心密度遠遠高于晶體硅，這導致非晶硅薄膜太陽能電池所產生的光生載流子在電池中運動過程中被復合，降低了電池的利用效率。因此，如何降低非晶硅薄膜太陽能電池的載流子復合率成為提高非晶硅薄膜太陽能電池效率的主要研究方向。

一般來說，減少載流子在半導體中的復合率主要的方法有2種：1）減少材料中的復合中心密度，從而降低復合率達到增大光生電流密度的作用；2）減小載流子擴散到電極的距離，從而提高光生電流密度。為了達到以上兩種方法的效果，本文在非晶硅薄膜太陽能電池的生產工藝中設計了高溫快速退火工藝過程，并對高溫退火后的非晶硅薄膜太陽能電池的光譜響應進行了研究。

1薄膜電池的光電特性分析當太陽光照射到太陽能電池上，由于存在吸收，光強度隨著光透入的深度按指數律下降，因此，光生載流子產生率隨著光照的深入而減小。光生電流如式1所示。

其中q為電子電量，Q為在結的擴散長度內非平衡載流子的平均產生率，A為PN結面積，Lp為空穴的擴散長度，Ln為電子的擴散長度。由于電子和空穴必須在勢壘區內實現電荷的分離，因此，發射區厚度必須要小于電子或空穴的擴散長度，這是光伏電壓產生的必要條件。

由于非晶硅材料中的缺陷密度較高，其載流子的擴散長度與晶體硅電池相比小很多，因此，非晶硅薄膜太陽能電池的發射區厚度必須小于晶體硅的發射區厚度。利用高溫快速退火的方法一方面可以減少非晶硅薄膜中缺陷的密度，另一方面可以達到通過雜質的擴散和相互的補償實現減小發射區厚度的目的。因此，本文利用SILVACO軟件進行了非晶硅薄膜太陽能電池的后退火工藝仿真研究。

2非晶硅薄膜太陽能電池模型設計與參數優化2.1非晶硅薄膜太陽能電池模型本文設計的非晶硅薄膜太陽能電池結構如a所示，仿真電池結構如b所示。該電池的頂電極為ITO（氧化銦錫）透明導電薄膜，電池體由非晶硅PN結構成，底電極為鋁。該結構為傳統的薄膜太陽能電池結構。

2.2傳統工藝下電池參數優化所示為非晶硅薄膜太陽能電池中N型區雜質濃度導致電池光譜響應及短路電流（4）的變化。從圖中可以看出隨著N型區雜質濃度的增加，電池光譜響應及短路電流均下降。隨著N區雜質濃度的增加，N區的載流子復合中心密度增加，這必然導致電池的電流密度下降，從而降低了電池的光電性能。

所示為非晶硅薄膜太陽能電池中P型區雜質濃度導致電池光譜響應及短路電流的變化。從圖中可以看出隨著P型區雜質濃度的增加，電池的光譜響應在短波方向增加，在長波方向降低。這主要因為隨著P型區雜質濃度的增加，PN結N型耗盡區展寬，P型耗盡區變窄，由于短波的吸收主要在表面的N型區中，因此，N型耗盡區的擴展有利于提高短波的光譜響應同。長波的吸收主要發生在P型耗盡區，由于雜質濃度增加，P型耗盡區寬度減小，導致長波的光譜響應下降。從b中可以看出，短路電流先增加后減少。

通過對電池摻雜濃度的研究，可以看出較好的非晶硅薄膜太陽能電池摻雜濃度為：N區雜質濃度為1x1016cm-3；P區雜質濃度為1x1017cm-3.3后退火工藝對非晶硅薄膜太陽能電池性能的影響3.1非晶硅薄膜太陽能電池工藝流程分析傳統的非晶硅薄膜太陽能電池的生產工藝流a原理結構圖b仿真結構圖非晶硅薄膜太陽能電池結構示意圖a對光譜響應的影響b對短路電流的影響非晶硅薄膜太陽能電池P區雜質濃度對光譜響應和短路電流性能的影響程如下：為950.匕起始襯底為：導電玻璃N型非晶娃淀積保護層及電氣聯接P型非晶硅淀積。設計后退火工藝制備的非晶硅薄膜太陽能電池的工藝流程如下：3.2退火溫度對電池光電性能的影響所示為退火溫度對非晶硅薄膜太陽能電池光譜響應的影響。退火溫度為9001000°C，退火時間為1min.從圖中可以看出，隨著退火溫度的增加，電池的光譜響應特性得到改善，在1000C時，可以提高約5.39%.為減小后退火對于非晶硅薄膜中雜質再分布的影響且達到退火的效果，且由于N層較薄，P層濃度較高，1000C退火易將N層完全補償，工藝控制難度大，因此選取退火溫度3.3退火時間對電池光電性能的影響所示為退火時間對電池光譜響應的影響。選用950C退火，分別進行1~5min的退火。從圖中可以看出，隨著時間的增加，電池的短波光譜響應強度逐步增強，但是與退火時間不存在線性關系，5min退火后，電池的短路電流提高約為6.37%.從中看，經過4min退火后，光譜響應變化不大，因此，確定在950C退火的條件下，4min的退火時間最為理想。

3.4結果與分析從和中可以看出經過退火處理后，非晶硅薄膜太陽能電池的光譜響應性能獲得了提高。且其性能隨著退火溫度和時間的增加而增加。從光譜響應上看，經過后退火的非晶硅薄膜太陽能電池在短波段的光譜響應性能提高，其原因在于經過后退火，非晶硅薄膜太陽能電池P型區和N型區的雜質互相擴散，由于N型區的雜質濃度較P型區低一個數量級，高溫退火將使電池中的雜質互相擴散、補償，減小了電池的結深，減少了發射區厚度，從而提高了電池的短波響應。所示分別為1min退火后，非晶硅薄膜太陽能電池的光譜響應曲線。這2種方式退火后，其電池的結深接近，光譜響應性能接近。說明提高退火溫度和增加退火時間可以達到相同的實驗效果，但是，由于在較高溫度下退火所用的時光波長/pma對光譜響應的影響b對短路電流的影響退火溫度對非晶硅薄膜太陽能電池光譜響應及短路電流的影響光波長/pma對光譜響應的影響時間/minb對短路電流的影響電池光譜響應及短路電流的影響退火時間對非晶硅薄膜太陽間較短，工藝控制難度大，因此，選用較低的溫度和較長的退火時間更為理想。

光波長/pm2種退火方式對非晶硅薄膜太陽能電池的光譜響應的4結語本文應用SILVACO仿真軟件，對非晶硅薄膜太陽能電池的后退火工藝進行了探索。仿真結果表明，在非晶硅薄膜太陽能電池的生產中增加后退火工藝可以有效地提高薄膜太陽能電池的光譜響應性能，特別是短波響應。通過比較不同退火工藝條件下電池的光譜響應性能，發現后退火工藝是通過減薄非晶硅薄膜太陽能電池中PN結的結深，達到減小發射區厚度，提高非晶硅薄膜太陽能電池的光電性能的目的。由于應用較高的退火溫度進行退火，需要嚴格控制退火的時間。因此，選用較低退火溫度（950QC），較長退火時間（4mln）的退火工藝更適合非晶硅薄膜太陽能電池的實際生產需要。