Influence of Very High-Frequency PECVD Hydrogen Plasma Treatment on Intrinsic Amorphous Silicon Passivation Stack: Impact on Silicon Heterojunction Solar Cell Performance

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作者
Ashutosh Pandey,Shrestha Bhattacharya,S. U. Alam,Silajit Manna,Sourav Sadhukhan,Son Singh,Vamsi K. Komarala
出处
期刊:ACS applied energy materials [American Chemical Society]
卷期号:8 (1): 366-375
标识
DOI:10.1021/acsaem.4c02475
摘要

We have investigated the impact of post hydrogen plasma treatment (HPT) using two distinct RF generators operating at 13.56 and 40.68 MHz on the PECVD-deposited i-a-Si:H bilayer stack. VHF-HPT (40.68 MHz) improved the film microstructure, reducing the void fraction to ∼29.9%, compared to ∼34.5% for RF-HPT (13.56 MHz). Consequently, VHF-HPT led to the enhanced minority carrier lifetime to ∼2.7 ms, thereby improving silicon heterojunction solar cell power conversion efficiency to ∼21.31% with an open-circuit voltage of ∼733 mV. In-situ optical emission spectra study of H2 plasma indicated modification in H ions/radicals intensity, which led to enhanced film density and reduced film thickness, further confirmed by spectroscopic ellipsometry analysis. Along with better passivation after VHF-HPT, the hole-selective contact resistivity is also reduced to ∼278 mΩ-cm2 compared to the RF-HPT treatment having ∼378 mΩ-cm2. Dark J-V analysis of cells using a two-diode model revealed that the ideality factor reduced significantly for VHF-HPT, indicating reduced recombination in the space charge region. Finally, the experimental observations are also validated by Sentaurus TCAD numerical simulations by considering i-a-Si:H bulk and c-Si/i-a-Si:H interface defect densities.
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