通过SiH4 CO2 混合气体进行反应得到宽带氢化非晶氧化硅，应用在晶硅异质结太阳能电池上；验证表明p 层用a-SiO:H 代替a-Si:H, 可以略微提高转换效率。高温沉积可以完全避免a-SiO:H i 层在晶硅衬底上形成时，a-Si：H/c-Si 异质结面的Si 外延生长. 因此， a-SiO:H p-i层在n型单晶硅异质结太阳能电池中应用，更容易得到高效率的太阳能电池。

氢化非晶硅被认为是一种合适的异质结材料，应用在单晶硅异质结太阳能电池中；并且a-Si:H/c-Si 太阳能电池曾被报道过超过21%的转换效率。然而，用于n型晶硅的a-Si：H p-i层光吸收相当大，并且a-Si:H/c-S太阳能电池的短路电流密度会随着a-Si：H层的厚度快速减少。为了进一步提高a-Si:H/c-S太阳能电池的短路电流密度，更好的是利用比a-Si：H 光学带宽大的a-Si：H 基合金。a-Si:H/c-Si 太阳能电池，一方面，晶硅上形成a-Si：H i 层可以改善异质结面特性，然而，高温生长I 层（130°C）,通常会导致晶硅上外延层的形成，严重削弱太阳能电池的性能。因此，外延生长使a-Si：H I 层的生长窗口变窄，太阳能电池最优化更加困难。

  本文，我们验证宽带隙氢化非晶氧化硅是替代a-Si:H/c-Si 太阳能电池中的a-Si:H的一种极具潜力的材料。将a-SiO:H P-I 层应用到n型单晶硅，转换效率可以被略微提高，更重要的是，高温生长过程硅外延生长被完全抑制。传统的单晶硅太阳能电池，a-SiO：H 和SiO2 已经作为表面钝化层应用。a-SiO:H 层也已经整合到a-Si：H基p-i-n太阳能电池中。根据之前的报道，宽带宽a-SiO：H 层可以简单应用SiH4和CO2 混合气体通过PECVD制备。

 我们在n型晶硅衬底上用PECVD 制备a-SiO:H和a-Si:H p-i 层。为了分别区分a-Si:H p-i 层的影响，我们制备了三种型的异质结太阳能电池：① a-Si:H(p-i) /c-Si(n),②a-SiO:H(p) /a-Si:H(i)/c-Si(n), 和 ③a-SiO:H(p-i) /c-Si(n)。使用13MW/cm2的RF power 和50mtorr的压力制备a-SiO:H 和 a-Si:H p-i 层，为了避免衬底上硅外延生长（>130度），a-Si:H 层在130度温度下制备；使用180度的较高温度用来沉积a-SiO:H层以提高膜的质量。在本次研究中，SiH4气体固定在5sccm (sccm 表示标准气温压力，立方厘米每分钟)，a-SiO:H and a-Si:H p 层用B2H6气体 （占H2 容积的0.6vol.%）。我们使用阻值和厚度分别为0.5Ωcm 525μm的N型单晶硅衬底（使用直拉法得到单晶Si，通过NH4F 进行最终表面处理）来制备太阳能电池。

太阳能电池结构：Ag 栅极/In2O3:Sn/p-层/n型单晶硅/Al. 因为没有背面电场结构，开路电压较低（~600mV）.在之前的研究中，a-Si：H p-i层的最佳厚度为p/i=30/40A, 这种厚度也同样适用于a-SiO:H p-i层。为了准确的控制p-i层的厚度， 通过应用SE来实时的控制厚度。太阳能电池的效率由AM1.5 的光照下的电池0.21cm2的活跃区决定。我们用SE 测试来描绘a-Si：H和a-SiO:H 层的光学特性。图1（a）室温下a-Si：H和a-SiO:H i 层的介电函数 （b）介电函数分析光学带隙。 为了SE 分析，使用双层模型。在a-SiO:H 沉积中，应用[SiH4]:[CO2]=5:2 的气体流量比率来得到一个低氧含量的a-SiO:H层（7at.%, a-Si0.93O0.07:H），随着a-SiO:H氧含量增加a-SiO:H的掺杂变得较困难。a-SiO:H 和a-Si:H的沉积，未加入额外的氢气。

   图1（a）a-SiO:H的介电函数幅值明显的减小。这表明a-SiO:H的折射率比a-Si：H小，a-SiO:H具有一定程度的渗透结构。非晶半导体的带宽可以被表达为Cody 带宽，如图1（b）所示，Cody 带宽从（ε2）1/2=0估算。我们发现光带宽a-SiO:H(1.83eV)比a-Si:H(1.79e V)宽。因此沉积的a-SiO:H 是具有渗透结构的宽带宽材料。然而，在a-SiO:H中，光学带宽的增加很小，是由于少量的氧含量和a-SiO:H 较高的生长温度(180°C), a-SiO:H(130°C)

   为了观察a-SiO:H p 层在太阳能电池的影响，我们制备了a-Si:H(p-i)/c-Si(n).和a-SiO:H(p)/a-Si:H(i)/c-Si(n) 结构。图2，随p 层生长的B2H6(0.6VOL% in H2) 流量变化太阳能电池性能的变化。P 层的生长过程中，没有额外的H2 气体注入，a-SiO:H ,使用相同的SiH4:CO2=5：2的流量比。应该注意到，p 层的沉积速度随着B2H6的流量的增加从0.4 逐渐增加到0.7A/s，同时，我们观察到a-SiO:H和a-Si：H p 层相似的沉积速度。

在图2中，在B2H6/H2=15SCCM(a-Si：H)和B2H6/H2=30SCCM(a-SiO:H)得到相似的Voc值。而a-SiO:H需要较高的B2H6流量，主要由于：（1）较低的B掺杂的整合能力（2）较低的掺杂效率（3）a-SiO:H 的激活能比a-Si：H高。

随着B2H6流量的增加，由于串联电阻的减小FF逐渐增加，可以看到，在高的B2H6流量电流密度迅速减少。QE 量子效率测量表明电流密度的减小主要由于在整个波长区域较弱的光谱响应。因此我们推测在高B2H6流量观察到的开路电压和短路电流密度的减小，是由于p层重掺杂导致的p层质量衰退。

   从图2中可以得到证实，在a-Si：H( p-i)/c-Si( n)结构中，最佳的Voc 和FF 值在不同的B2H6流量上得到，而a-SiO:H (p)/a-Si:H(i)/c-Si(n)结构中，太阳能电池所有参数的最佳值都是在B2H6=30SCCM 中得到。因此，当a-SiO:H 层应用于p层时可以得到较高的转换效率。为了研究a-SiO:H i 层的的影响，我们同样制备了a-SiO:H (p-i)/c-Si(n) 太阳能电池。图3 显示了随a-SiO:H i 层CO2流量变化太阳能电池性能的变化。a-SiO:H p 层沉积，[SiH4]:[CO2]:[B2H6/H2]:[H2]=5：2：25:20（sccm）。在a-SiO:H（p-i）结构中，我们发现在p层生长过程中额外的提供H2有利于提高太阳能电池的性能。然而对于a-SiO:H i 层的生长没有额外的H2.图3中，除了i 层CO2 流量，其他所有沉积条件都是同一的。预估a-SiO:H i 层O含量在4at.% ([CO2]=1SCCM)；7at%（[CO2]=2SCCM）。

  需要强调的是在我们的沉积条件下，130度 a-Si：H i 层会变成外延Si层。图3中，在[CO2]=0SCCM，当生长温度为180度时，外延Si 层的形成发生。正如之前证实的，由于外延Si的形成太阳能电池的性能很明显的减小。因此[CO2]=0SCCM，由于Voc和FF很大程度的减小，太阳能电池显示了相当低的转化效率14%。我们发现小流量的[CO2]=0.5SCCM(CO2/SiH2=10%)足够完全抑制Si 外延生长。当[CO2]0.5sccm，太阳能电池的特性是相当恒定的。但是随着CO2流量的增加，FF 表现出略微的减小。结果，我们在O含量为4at.%的a-SiO:H i 层等到了最佳的效率。（CO2=1SCCM）。

表1 总结了本文研究制备的单晶Si异质结太阳能电池的特性。表1中，结构1和2代表的太阳能电池分别是图2中所示的[B2H6]/[H2]=15 和30sccm；而结构3代表的太阳能电池是图3所示的[CO2]=1SCCM. 从表1中可以得到证实，通过整合a-SiO:H p 层和p-i层可以获得较高的效率。然而在这些太阳能电池中，Voc没有得到提高。我们的太阳能电池没有背表面电场结构，因此表1中所示的Voc可能受到背表面再结合的限制。由于a-SiO:H具有较高的激活能，通常比a-Si:H小时较低的传导率，但是令人意外的是，并入a-SiO:H p 层后FF 得到了提高。另一方面，在结构2较结构， 短路电流密度有略微的提高。与我们预期的相反， 从结构1和结构2得到的QE响应谱在UV区域显示了较小的变化，结构2 改善了QE在可见/近红外区的响应。因此，在我们的太阳能电池中，在UV响应上宽带a-SiO:H 的影响相当弱。因为a-SiO:H 在较长波长区域800nm 没有光吸收，似乎结构2较长波长响应的提高来源于单晶Si电场的变化；即，a-SiO:H p层向单晶Si更深的部分沿伸了电场。我们推测宽带a-SiO:H p 层内建势垒的增加是单晶硅场强延伸的主要原因。从表1中得到证实，结构3的转换效率比结构2略低。因此，结构3最大的优点是通过a-SiO:H i 层抑制了外延Si在单晶Si衬底的生长。a-SiO:H i 层尤其可以使我们能够自由的改变生长条件而无外延Si层形成。a-SiO:H I 层的应用更进一步改善了太阳能电池制备的重复性。a-Si：H i 层沉积的优化条件在于a-Si：H/外延Si 相界，而a-Si：H i 层沉积稍微的变化都可能导致Si 外延的生长。因此与传统的a-Si：H/c-Si 太阳能电池相比，通过应用a-SiO:H p-i 层，能够更容易的得到高效率太阳能电池

总之，我们开发了应用a-SiO:H 做p-i 层的单晶Si 异质结太阳能电池。在单晶Si（n）衬底上制备的a-Si：H(p)/a-Si:H(i)和a-SiO:H(p-i)结构的太阳能电池的效率被证实有一点改善。再者，a-SiO:H i 层被发现可以异质单晶Si衬底上有害的外延生长。

测试题：

1.以下哪种结构是异质结太阳能电池（B）

2. 非晶Si 层作为i 层应用在异质结太阳能电池中，有哪些优点（AB）

A 改善异质结界面特性

B 提高输出功率

C 光吸收较大

D 有利于Si外延层的生长

3. 选出以下正确的说法（B）

A 单晶硅异质结太阳能电池中I 层非晶硅的生长温度越高越好

B 外延Si层的形成会削弱太阳能电池的性能

C P 型氧化非晶硅层带宽要比P型非晶硅层的带宽小

4..什么通过什么反应气体将氧掺入到氧化非晶中（A）

A CO2. B O2. C NO

5, 非晶氧化硅层的优点：（ABD）

A 折射率较小，光透过率高 B 光学带隙较大 C 有利于异质外延Si层的生长 D 制备容易