非晶硅／晶硅异质结太阳能电池制备技术的研究

【摘要】：带本征薄层的非晶硅/晶硅异质结太阳能电池(HIT:Hetero-junction Solar Cell with Intrinsic Thin Film)采用等离子体化学气相淀积(PECVD:Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)技术制备。通过使用背场、光陷阱等工艺优化手段,HIT太阳能电池在短短十几年时间内电池效率达到23%,接近晶体硅电池的最高效率(24.7%),由此可见工艺优化对于获得高效率太阳能电池、提高电池利用率是非常重要的。本文着重研究了HIT太阳能电池铝背场制备工艺、单晶硅衬底表面腐蚀工艺以及氮化硅保护膜制备工艺,对各个制备参数进行优化,获得工艺最佳数据,最后综合各种优化后工艺制备HIT太阳能电池。 为降低太阳能电池成本,硅片厚度逐渐减薄。当少数载流子扩散长度大于硅片厚度时,界面复合速率将会影响电池效率;而硅片变薄会使更多的光透过硅片无法得到有效利用。铝背场可以降低界面复合,并将透过硅片的光反射回电池体内得到二次利用。本文研究了不同温度、不同退火时间下铝背场的形成情况,实验结果表明,在700℃下退火150s可以得到低复合速率且寿命分布均匀的铝背场。 单晶硅衬底未腐蚀时,入射光会在界面处发生镜面反射,将大部分光反射回空中。为提高太阳光利用率,衬底腐蚀工艺必不可少。腐蚀工艺不仅可以使电池受光面积增加1.73倍,而且腐蚀后得到的金字塔形貌可以将光线不断反射进衬底体内进行多次利用。本文研究了不同腐蚀溶液、不同腐蚀时间下得到的界面形貌及表面反射率,实验结果表明,硅片用KOH、异丙醇和水在83℃时腐蚀50min后可得到较好绒面质量,平均表面反射率为10.47%,最低表面反射率仅为9.2%。 为防止电池性能衰减,对电池进行保护是必不可少的。氮化硅不仅具有折射率高、膜致密、能抵挡水汽和外来杂质对电池的破坏等优点,而且沉积过程中产生的H等离子体可以对电池发射极进行二次钝化降低界面复合率。SiH_4/NH_3比值是影响氮化硅折射率的最主要因素,本文通过在玻璃片上沉积氮化硅,比较了不同比值下氮化硅质量及其钝化效果,实验结果表明,当SiH_4/NH_3比值为1:3、1:5时所得氮化硅符合实验要求。 利用上述实验所得优化参数制备了HIT太阳能电池,测得光电转换效率为16%,填充因子为67%,开路电压为618mV,短路电流密度为38.9mA/cm2。 【关键词】：异质结 HIT 太阳能电池 铝背场 绒面 氮化硅
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 1 绪论11-18
• 1.1 引言11-13
• 1.2 世界光伏产业发展概况13-15
• 1.3 中国光伏产业发展概况15-17
• 1.4 结语17-18
• 2 HIT 太阳能电池工作原理18-27
• 2.1 太阳能电池原理18-21
• 2.2 HIT 太阳能电池原理及结构21-24
• 2.3 HIT 太阳能电池国内外研究状况24-26
• 2.4 本文主要研究内容26-27
• 3 铝背场制备工艺研究27-41
• 3.1 铝背场原理27-30
• 3.2 铝背场制备方法30-32
• 3.3 铝背场测试方法32-33
• 3.4 铝背场制备及其测试结果分析33-40
• 3.5 本章小结40-41
• 4 绒面制备工艺研究41-60
• 4.1 绒面原理41-42
• 4.2 绒面制备方法42-45
• 4.3 绒面测试方法45-46
• 4.4 绒面制备及其测试结果分析46-58
• 4.5 本章小结58-60
• 5 氮化硅减反射膜制备工艺研究60-72
• 5.1 减反射原理60-62
• 5.2 氮化硅减反射膜制备方法62-64
• 5.3 氮化硅减反射膜测试方法64-65
• 5.4 氮化硅薄膜的制备及其测试结果分析65-71
• 5.5 本章小结71-72
• 6 HIT 太阳能电池制备与展望72-75
• 6.1 HIT 太阳能电池制备72-73
• 6.2 展望73-75
• 7 总结75-76
• 致谢76-77
• 参考文献77-81
• 附录 1 攻读硕士学位期间发表的论文及申请的专利81

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