多孔硅制备工艺及其在硅太阳能电池上的应用

【摘要】：全球化的能源危机和环境危机日益成为人类可持续发展的障碍。太阳能作为一种取之不尽的清洁可再生能源,越来越受到人们的重视,特别是太阳能发电,已成为重要的能源供给方式和新兴技术密集型产业。晶体硅太阳电池因其性能稳定,成本较低而成为光伏市场主流,但是光伏的进一步推广应用依赖于电池效率的提高和成本的降低,这也是目前太阳电池的主要研究方向。为了降低成本,电池片薄片化是目前晶体硅太阳电池的发展趋势,但是电池片变薄要求硅片具备更好的光吸收性能。硅片表面的陷光结构需要更好的设计以降低可见光光反射率。本文采用银纳米颗粒催化腐蚀的方法,在电池片表面制备多孔减反射结构,并采用碱刻蚀工艺对多孔硅结构进行修正,最后制备成多孔陷光太阳电池,取得了以下主要创新成果：(1)考察了银纳米颗粒尺寸、腐蚀时间等条件对硅片多孔硅结构和表面光反射率的影响。研究发现在室温下多孔硅制备的反应时间在3-6min为最合适的工艺区间,所获多孔结构陷光效果较好。随着反应时间的增加,表面平均光反射率呈现出先降低后增加的趋势。(2)多孔硅结构起到了较好的减反射效果,但表面积的增加会导致少数光生载流子在硅片表面的复合,需要对表面进行钝化处理。本文采用氢氧化钠溶液刻蚀修正多孔硅结构的方法,考察了碱浓度和刻蚀时间对表面少子寿命的影响,获得最佳的工艺参数。同时我们提出了增加超薄Si02膜钝化硅片表面的方法,具体包括热氧化和臭氧水钝化。通过优化工艺参数,获得了全面积电池原型器件(156 cm×156 cm),其光电转换效率达18.35%。(3)n型晶硅太阳电池具有比p型更高的转换效率,但多孔硅结构应用于n型太阳能电池更具优势,只是常规n型电池工艺复杂,成本较高。本文中提出了一种新的n型多孔硅太阳电池结构,即n+np多孔硅太阳电池。该结构既有较好的减反射效果,又有效解决了多孔硅制备带来的金属杂质和表面复合等问题,此外其制备工艺与现有的p型太阳电池生产工艺完全兼容,适合大规模生产。最终我们得到了光电转换效率达17.7%的全面积太阳电池原型器件。 【关键词】：银纳米颗粒 减反射 多孔硅 太阳能电池 刻蚀修正
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.41
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-13
• 第二章 文献综述13-31
• 2.1 太阳能电池工作原理和制备工艺13-17
• 2.1.1 太阳能电池工作原理13-14
• 2.1.2 太阳能电池电学性能参数14-17
• 2.2 太阳能电池的发展历史和趋势17-22
• 2.3 晶硅太阳能电池减反射结构的研究进展22-29
• 2.3.1 减反射结构在太阳能电池上的应用22-24
• 2.3.2 多孔硅减反射结构在太阳能电池上的研究应用24-29
• 2.4 本论文的研究内容和目的29-31
• 第三章 实验31-37
• 3.1 实验方案31-32
• 3.1.1 银催化多孔硅制备在p型硅太阳电池上的应用31
• 3.1.2 银催化多孔硅制备在n型硅太阳电池上的应用31-32
• 3.1.3 本文创新点32
• 3.2 实验设备32-34
• 3.2.1 激光切片机32-33
• 3.2.2 等离子增强化学气相沉积(PECVD)系统33
• 3.2.3 快速热处理(RTP)炉33-34
• 3.3 测试设备34-37
• 3.3.1 紫外可见吸收(透射)光谱仪(UV-VIS)34-35
• 3.3.2 少子寿命测试仪35
• 3.3.3 扫描电子显微镜35
• 3.3.4 太阳电池片效率分选机35-36
• 3.3.5 太阳能电池量子效率测试系统36-37
• 第四章 银催化多孔硅制备在p型硅太阳电池上的应用37-63
• 4.1 引言37-38
• 4.2 p型硅表面银催化腐蚀多孔硅结构的制备与表征38-43
• 4.2.1 前言38
• 4.2.2 实验38
• 4.2.3 结果与讨论38-43
• 4.3 多孔硅结构的刻蚀和修正工艺43-52
• 4.3.1 前言43-44
• 4.3.2 实验44
• 4.3.3 结果与讨论44-52
• 4.4 多孔硅在p型单晶硅太阳能电池上的应用及其电学性能52-55
• 4.4.1 前言52
• 4.4.2 实验52-53
• 4.4.3 结果与讨论53-55
• 4.5 多孔硅在p型多晶硅太阳能电池上的应用55-60
• 4.5.1 前言55-56
• 4.5.2 实验56
• 4.5.3 结果与讨论56-60
• 4.6 本章小结60-63
• 第五章 银催化腐蚀多孔硅制备在n型硅太阳电池上的应用63-83
• 5.1 引言63
• 5.2 n型硅表面银催化腐蚀多孔硅结构的制备与表征63-66
• 5.2.1 前言63-64
• 5.2.2 实验64
• 5.2.3 结果与讨论64-66
• 5.3 n型多孔硅硅片的刻蚀和修正工艺66-70
• 5.3.1 前言66
• 5.3.2 实验66-67
• 5.3.3 结果与讨论67-70
• 5.4 n+np多孔硅太阳能电池制备工艺及其电学性能70-75
• 5.4.1 前言70
• 5.4.2 实验70-71
• 5.4.3 结果与讨论71-75
• 5.5 n+np多孔硅太阳能电池的钝化工艺75-81
• 5.5.1 前言75
• 5.5.2 实验75
• 5.5.3 结果和讨论75-81
• 5.6 本章小结81-83
• 第六章 结论83-85
• 参考文献85-91
• 致谢91-93
• 个人简历93-95
• 攻读学位期间发表的学术论文与取得的其它研究成果95

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