1、在21世紀，能源危機將成為全人類必須共同面對的世界難題之一。太陽能因其綠色環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展而得到廣泛關(guān)注?，F(xiàn)有的太陽能電池主要以p-n結(jié)為基礎(chǔ)，其表面的重摻雜區(qū)域具有很高的非平衡載流子復(fù)合幾率，導(dǎo)致短波的光譜響應(yīng)較差。而場效應(yīng)太陽能電池利用場效應(yīng)方式實現(xiàn)光伏效應(yīng)，可改善電池的短波光譜響應(yīng)。但目前場效應(yīng)太陽能電池存在著工藝要求高和柵功耗等問題，導(dǎo)致其轉(zhuǎn)換效率通常比p-n結(jié)太陽能電池要低。為此，本文圍繞著MIS場效應(yīng)太陽能電池的理論計算、器

2、件工藝及其光電特性進行了系統(tǒng)的研究，主要工作內(nèi)容包括:在理論上，計算出在理想情況下MIS場效應(yīng)太陽能電池在工作狀態(tài)下的表面特性和輸出特性;在實驗上，針對MIS場效應(yīng)太陽能電池所涉及的結(jié)構(gòu)設(shè)計、工藝流程和材料選擇等進行探索，制備了幾種采用不同柵介質(zhì)材料的Si基MIS場效應(yīng)太陽能電池，測試和分析了光電特性，并提出了降低場效應(yīng)太陽能電池的工藝要求和柵功耗的方法。本論文的主要成果和創(chuàng)新點為:
　　1.在理論上，本文根據(jù)泊松方程及電流連續(xù)性

3、方程，采用Matlab數(shù)值方法，在不考慮MIS結(jié)構(gòu)泄漏電流的理想情況下，計算出MIS場效應(yīng)太陽能電池在工作狀態(tài)下的表面特性和輸出特性:表面的方塊電阻隨外加?xùn)烹妷旱脑龃蠖鴾p小，而光照對其的影響可忽略不計;以p-Si/SiO2(100 nm)結(jié)構(gòu)（無背場）為例，當(dāng)柵電壓設(shè)為+100 V時，隨著Si襯底摻雜濃度從1012cm-3增大到1018 cm-3，短路電流密度由35.79 mA/cm2減小到26.99 mA/cm2，開路電壓由0.466

4、 V增大到0.719 V，填充因子由70.5％增大到78.2％，轉(zhuǎn)換效率則先由12.2％增大到18.8％再減小到15.8％，當(dāng)Si襯底摻雜濃度為1016cm-3時，轉(zhuǎn)換效率達到最大值18.8％。
　　2.在結(jié)構(gòu)上，本文提出一種MIS場效應(yīng)太陽能電池的上電極結(jié)構(gòu):將原先置于柵下的上電極與柵電極在電池表面錯開排列，并首次制備出具有此結(jié)構(gòu)的Si基MIS場效應(yīng)太陽能電池。由于在上電極附近存在柵屏蔽效應(yīng)，場效應(yīng)太陽能電池通常采用納米尺寸(n

5、m)的上電極。而采用本文的上電極結(jié)構(gòu)能夠?qū)⑸想姌O附近的柵屏蔽效應(yīng)降低到最小，且將上電極的尺寸由納米量級(nm)提高到微米量級(μm)，降低了場效應(yīng)太陽能電池的工藝要求。
　　3.在實驗上，本文選用了Si02、HfO2和a-C:H分別作為柵介質(zhì)來制備Si基MIS場效應(yīng)太陽能電池，結(jié)果表明:MIS場效應(yīng)太陽能電池在350～500 nm波段的IQE與p-n結(jié)太陽能電池提高約30.5％，具有更好的短波光譜響應(yīng);通過將SiO2的厚度由100

6、nm減小到20 nm或采用相對介電常數(shù)為15.95的HfO2來代替SiO2的方法，均能將柵功耗減小到最大輸出功率以下，最大轉(zhuǎn)換效率分別為3.9％和6.4％，而采用相對介電常數(shù)為5.5的a-C:H材料代替SiO2柵獲得的最大轉(zhuǎn)換效率僅為2.6％，且隨著柵電壓增大而持續(xù)減小。因此，我們認為需進一步提高柵介質(zhì)的介電常數(shù)，以降低柵功耗，能有效提高轉(zhuǎn)換效率。
　　4.在實驗上，我們發(fā)現(xiàn)了采用透明電極的MIS結(jié)構(gòu)在光照后的絕緣層泄漏電流顯著增

7、大，尤其是處于反型狀態(tài)時產(chǎn)生明顯的光電導(dǎo)。通過測試MIS結(jié)構(gòu)在光照前后的變溫I-V特性并進行線性擬合，本文研究了MIS場效應(yīng)太陽能電池在光照前后的柵漏電機制變化，結(jié)果表明:(1)在無光照時，柵介質(zhì)層載流子輸運機制是以Schottky發(fā)射為主，柵泄漏電流與溫度有很強的依賴關(guān)系，取決于金屬-絕緣體和絕緣體-半導(dǎo)體這兩個界面的勢壘高度。對于Si/SiO2(20nm)的MIS結(jié)構(gòu):當(dāng)外加正向柵電壓時，Schottky發(fā)射的勢壘高度約為0.32