日本開發出利用液體硅制造太陽能電池的技術
日本北陸先端科學技術大學院大學(JAIST)于2011年2月7日宣布,該校世界首次采用“液體硅(Si)”涂覆工藝成功地制作出了非晶硅太陽能電池。 據該校介紹,通過僅涂覆pin型i層的工藝制作的電池單元的轉換效率為1.79%。今后,如果這一效率得到提高的話,則有望應用于采用卷對卷法制造硅類太 陽能電池的量產用途。
此次負責開發的是JAIST Material Science(JAIST材料科學)研究科教授下田達也的研究小組。該研究小組稱,此次采用的液體硅是由日本JSR公司開發的產品,氫鍵合在硅的5節環 上而形成的CPS(環戊硅烷,Cyclopentasilane,化學式為Si5H10)為起始材料。
雖然JAIST沒有公布液體硅的詳細情況,但日本JSR于2006~2007年開發的是通過向碳氫溶媒中的CPS照射UV,使部分CPS發生聚合,從而生 成聚硅烷(SiH2呈鏈狀鍵合而成的高分子)。當時,日本JSR以及JAIST等機構從這種液體硅中制作出了非晶硅TFT。
此次JAIST等對液體硅的成分進行了優化,另外還采用了硅摻雜時使用的硼以及磷,開發出了分別具備p型、i型及n型半導體特性的“硅油墨”。將這種硅油 墨涂覆在基板上并進行處理,則可形成聚硅烷膜。如果進一步對其進行加熱,則氫元素便會從聚硅烷中脫離出來,從而形成固體的非晶硅。
過去在形成均勻的聚硅烷膜的階段曾經存在著無法解決的難題,但JAIST等在詳細調查了控制參數之后,解決了這一難題。另外,JAIST稱,對聚硅烷膜的 燒制條件也進行了優化,從而將同樣是此前一大難題的懸空鍵(Dangling Bond)的密度降低到了1×1016/cm3。
JAIST采用此次開發的工藝,在玻璃基板上制作出了pin型非晶硅太陽能電池。此前僅對i層采用此次的涂覆工藝、對p層及n層采用CVD法制作的電池單 元,其轉換效率為1.79%。而對pin層全部采用涂覆工藝制作出的電池單元的轉換效率則達到了0.51%。不過,此次的i層的膜厚為120nm,相對于 已有非晶硅太陽能電池的250nm厚度來說還比較薄。如果能加大這一厚度,那么效率就有可能提高。
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