隨著工業(yè)化及城鎮(zhèn)化步伐的加快，礦物質(zhì)等傳統(tǒng)能源日趨短缺，以至不能滿足人們生活及生產(chǎn)的需要，因此可再生能源備受關(guān)注。由于太陽(yáng)能是一種取之不盡、用之不竭的無(wú)污染的清潔能源，世界各國(guó)政府把研究與開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能作為可持續(xù)發(fā)展能源的戰(zhàn)略決策，其中美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家及中國(guó)等發(fā)展中國(guó)家均制定了光伏技術(shù)發(fā)展計(jì)劃，把光伏發(fā)電作為人類未來(lái)能源的希望。自1954年美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室制備了第1塊6%硅太陽(yáng)電池及20世紀(jì)70中東石油危機(jī)以來(lái)，硅太陽(yáng)電池的研究進(jìn)入了一個(gè)格外備受關(guān)注的時(shí)代。

單、多晶體硅太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)化效率高，它們?cè)趯?shí)驗(yàn)室的最高轉(zhuǎn)換效率分別是24.7%和20.3%，雖然它們的效率高，但是其原材料單、多晶體硅片制備工藝復(fù)雜成本高，吸收太陽(yáng)光譜，理論上來(lái)說(shuō)只需要晶體硅片厚度約100m，遠(yuǎn)低于現(xiàn)行工業(yè)化的約180pm電池片的厚度，故造成了不必要的浪費(fèi)，基于成本考慮，人們想到了制備價(jià)格低廉及工藝簡(jiǎn)單的薄膜太陽(yáng)能電池，其優(yōu)點(diǎn)是原材料和電池同時(shí)在實(shí)驗(yàn)儀器中完成，不像晶體硅電池需要兩個(gè)大環(huán)節(jié)，即原材料硅片的制備及晶體硅電池的制備等兩大過(guò)程，這大大節(jié)約了原材料及人工成本。目前，硅基薄膜太陽(yáng)能電池有3種類型：微晶硅薄膜太陽(yáng)能電池、非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池及納米硅薄膜太陽(yáng)能電池。

制備，具備硅基薄膜太陽(yáng)電池優(yōu)點(diǎn)一制備工藝簡(jiǎn)單、便于大面積連續(xù)化生產(chǎn)，是一種間接帶隙半導(dǎo)體材料，穩(wěn)定性能高，在可見(jiàn)光部分的吸收系數(shù)小于非晶硅，這意味著吸收相同的太陽(yáng)光，微晶硅需要的原材料多H，如沒(méi)有H的鈍化，電子輸運(yùn)能力將受到晶體邊界的阻擋作用0.它包含了非晶硅的優(yōu)點(diǎn)，沒(méi)有光致衰減效應(yīng)，更敏感的紅光響應(yīng)光譜，由非晶硅的700nm增加到微晶硅的1100nm1，。非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池由美國(guó)的Carlson和Wronski在1976年首次制備，非晶體硅薄膜光吸收系數(shù)大，較吸收系數(shù)小的其他薄膜吸收相同的太陽(yáng)光更節(jié)省材料，使用廉價(jià)襯底材料如玻璃、不銹鋼和塑料，制備工藝簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)大面積及連續(xù)生產(chǎn)，降低成本；但是非晶體硅薄膜存在光致衰減效應(yīng)（Staebler~Wronski）H，薄膜沉積速率慢，影響大規(guī)模生產(chǎn)5.納米硅薄膜首次被Veprek小組于1986年報(bào)道以來(lái)63，國(guó)內(nèi)外對(duì)于納米硅薄膜材料、電池制備及性能研究取得了巨大的進(jìn)步。納米薄膜材料具有電導(dǎo)率高、電導(dǎo)激活能低、光熱穩(wěn)定性好、光吸收能力強(qiáng)、光學(xué)能隙寬化、工藝制備簡(jiǎn)單、量子尺寸效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)673.當(dāng)晶體的尺寸減小到納米量級(jí)時(shí)，由于大表體積比，其物理性質(zhì)不同于塊體材料，對(duì)于塊材內(nèi)部原子決定物質(zhì)的性質(zhì)，而納米材料則表面原子決定物質(zhì)的性質(zhì)°8.因此納米薄膜太陽(yáng)電池的物理和化學(xué)性質(zhì)將有奇特的效果。目前國(guó)內(nèi)、國(guó)際大批科學(xué)工作者正在投入到納米硅薄膜太陽(yáng)電池的研究中。例如詳細(xì)闡述了異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池的等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積的制備方法及沉積工藝參數(shù)等外界條件對(duì)電池的光學(xué)、電學(xué)性質(zhì)的影響。但是很少有像關(guān)于研究非晶和微晶硅電池一樣，比較全面的闡述納米硅薄膜太陽(yáng)電池的制備理論及影響薄膜電池光電轉(zhuǎn)換效率的一般物理機(jī)制，因此關(guān)于這樣系統(tǒng)的研究很有科學(xué)指導(dǎo)意義。

1硅納米薄膜太陽(yáng)能電池的制備及沉積理論1.1制備方法制備納米薄膜的方法有：等離子體增強(qiáng)化學(xué)61，熱絲化學(xué)氣相沉積（HotWire見(jiàn)的沉積技術(shù)一等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積。

等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積是利用反應(yīng)氣體通過(guò)射頻電場(chǎng)產(chǎn)生輝光放電形成等離子體，以增強(qiáng)化學(xué)反應(yīng)，從而降低反應(yīng)溫度，在低溫下生長(zhǎng)氮化硅、氧化硅、非晶硅、納米硅以及磷硅玻璃等半導(dǎo)體器件表面保護(hù)膜的一種新技術(shù)。

1.2沉積理論及成核理論，具體如下：高氫稀釋的SiH4生長(zhǎng)硅納米薄膜的熱力學(xué)反應(yīng)方程式為M：其中，表示正、逆向化學(xué)反應(yīng)速率，正向?yàn)闅庀嘀凉滔嗟某聊み^(guò)程，逆向?yàn)榛瘜W(xué)反應(yīng)的逆過(guò)程亦叫腐蝕過(guò)程。這個(gè)過(guò)程就是等離子體中H基，將薄膜表面上生成的弱Si-Si鍵破壞作用的過(guò)程。納米薄膜的厚度及質(zhì)量?jī)?yōu)劣主要決定于這2個(gè)反應(yīng)過(guò)程。

當(dāng)氣態(tài)SiHx遇到襯底后，將會(huì)在襯底表面輸運(yùn)，如遇到個(gè)適當(dāng)?shù)母顸c(diǎn)，硅晶粒將會(huì)在其上積累并形成Si-Si鍵，隨著反應(yīng)的不斷進(jìn)行，硅晶核將不斷的長(zhǎng)大，若在成核的過(guò)程中，出現(xiàn)弱Si-Si鍵，則H基將會(huì)腐蝕此鍵合狀態(tài)，直至停止，經(jīng)過(guò)這樣一系列過(guò)程則硅納米晶體最終形成M.2H稀釋濃度對(duì)硅納米薄膜太陽(yáng)電池性能的影響硅納米薄膜通常通過(guò)H2與SiH4的比例來(lái)制備的，它可以鈍化懸掛鍵，對(duì)薄膜有腐蝕等作用，H的濃度是影響硅薄膜結(jié)晶和太陽(yáng)電池性能的一個(gè)重要參數(shù)。如，14研究了不同本征層氫稀釋度SH=H2/（H2+SiH4+PH3）與太陽(yáng)能電池性能參數(shù)的關(guān)系，文章指出，隨著緩沖層氫稀釋度的增加，太陽(yáng)能電池的開(kāi)路電壓減少，短路電流增加較快，但當(dāng)約Sh>97%時(shí)，短路電流迅速減小；填充因子增加不明顯，電池效率增加，但約Sh>97%時(shí)，有一個(gè)突然的減小。他們認(rèn)為原因可能是緩沖層氫稀釋度的增加，摻雜效率提高，費(fèi)米能級(jí)提高，但能隙寬度減小，兩者綜合效果使開(kāi)路電壓減小；氫稀釋度的增加，晶粒變大，載流子遷移率增加，改善上電極對(duì)載流子的收集，提高短路電流，但過(guò)量的H稀釋度，增加腐蝕作用，形成缺陷態(tài)，增加復(fù)合，減小短路電流。9也做出了與上述相似的結(jié)論。14還研究了，不同i層H稀釋度與太陽(yáng)能電池量子效率的關(guān)系，文章指出隨著氫稀釋度增加，短波段的吸收增加，短路電流增加，這個(gè)結(jié)論與上面的結(jié)論相互統(tǒng)如。

3沉積氣壓對(duì)薄膜性能的影響薄膜性能的關(guān)系，文章指出隨著沉積氣壓的增加，硅納米薄膜結(jié)晶程度不斷增加，如表1和XRD的3個(gè)峰位角強(qiáng)度的變化就可以知道。這個(gè)結(jié)論，與7的拉曼光譜測(cè)試結(jié)果是一致的，如。

表1薄膜的氣壓變化參數(shù)樣品號(hào)工作氣壓/Pa4襯底溫度對(duì)薄膜性能的影響關(guān)系，如表2.文章指出，隨著襯底溫度的增加，薄膜的帶隙寬度不斷減小，氫氣含量不斷增加，暗電導(dǎo)和光電導(dǎo)增加。這種材料可以應(yīng)用于薄膜太陽(yáng)電池本征吸收層。

表2納米硅和有普通帶寬的氫化非晶硅材料的光電特性5RF功率密度/mW室氣壓/Torr襯底溫度/尤5透明導(dǎo)電薄膜在納米電池上的應(yīng)用應(yīng)用于薄膜太陽(yáng)能電池的透明導(dǎo)電薄膜，具有較低的電阻率、對(duì)可見(jiàn)光具有相當(dāng)高的透光性、具有對(duì)環(huán)境的穩(wěn)定性等特點(diǎn)。這些材料有摻銦氧化錫（ITO）、摻銦氧化鋅（IZO）、摻鋁氧化鋅（AZO）、摻氟氧化錫（FTO），摻銻氧化錫（ATO）等。

對(duì)于常規(guī)透明導(dǎo)電薄膜（TCO）如：ITO、AZO在近紅外區(qū)有自由載流子被吸收，限制了納米硅太陽(yáng)能電池長(zhǎng)波響應(yīng)M，近來(lái)有學(xué)者研究了應(yīng)用于薄膜太陽(yáng)電池中的摻鉬氧化銦（IMO）透明導(dǎo)電薄膜。具有較好的光學(xué)特性，如。

ITO和IMO薄膜透光光譜比較圖從可以看出，較一般的ITO透明導(dǎo)電薄膜，IMO薄膜具有更寬的透光波段范圍，ITO在1750nm以后的波段范圍幾乎沒(méi)有透光，而IMO薄膜則透光率很高，具有良好的光學(xué)特性。這種用這樣薄膜做成的納米硅太陽(yáng)能電池具有較好的量子效率6.6小結(jié)本文綜述了太陽(yáng)能電池的發(fā)展歷程，闡述了單晶體硅電池、多晶體硅電池、微晶硅電池、薄膜硅電池的性質(zhì)和特點(diǎn)；闡述了納米硅薄膜太陽(yáng)能電池的等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積制備及沉積理論；論證了H稀釋濃度對(duì)硅納米薄膜太陽(yáng)能電池性能的影響，隨著緩沖層氫稀釋度的增加，太陽(yáng)能電池的開(kāi)路電壓減少，短路電流增加較快；闡述了沉積氣壓和襯底溫度對(duì)薄膜性能的影響，沉積氣壓增加，硅納米薄膜結(jié)晶程度不斷增加，襯底溫度增加，薄膜的帶隙寬度不斷減小，暗電導(dǎo)和光電導(dǎo)增加；最后講述了透明導(dǎo)電薄膜在薄膜太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用情況及光學(xué)性質(zhì)，關(guān)于沉積條件對(duì)薄膜性能影響我們還在進(jìn)一步的研究。