基于纳米结构阵列表面的晶硅太阳能电池研究

【摘要】：减少表面反射光损失是提高太阳能电池光电转换效率的重要方法之一。对于多晶硅电池,采用常规酸腐蚀表面织构工艺后,表面反射率仍高达20%以上,如何进一步其表面反射率显得至关重要。采用激光刻蚀、离子刻蚀、金属催化湿法腐蚀的方法可以在硅表面制备出纳米结构阵列,并具有优越的减反特性,然而与电池工艺相结合后,电池电性能特性却没有得到太大的改善,甚至反而有所降低。如何使纳米结构阵列低反射率的优势转换成电池良好的电性能特性意义重大,鉴于此,本文做了以下方面工作： 1.采用等离子体浸没注入(PⅢ)刻蚀的方法在多晶硅表面制备了不同高度的纳米“山峰”阵列,研究其对电池性能的影响。发现所制备的纳米“山峰”阵列表面在300-1100nm波段的反射率都比酸腐蚀的低得多,而且随着纳米结构高度的增加,反射率进一步下降,然而同时表面复合也会增加,使电池的短波响应变差。当纳米“山峰”高度为300nm时,反射率的降低和表面复合的增加达到平衡,电池效率最高,为15.99%。 2.对PⅢ刻蚀后的硅片进行HF:HNO3=1:25的混酸处理,并研究了电池性能与酸腐蚀时间之间的关系。结果表明酸腐蚀不仅可以去处离子损伤,还具有优化表面纳米结构的作用。同时随着腐蚀时问的增加,表面反射率也随之增加,最终电池效率最高值发生在腐蚀时间为20s处,达到16.36%,短路电流为8.42A。 3.良好的表面钝化对纳米结构阵列表面显得尤为重要。本文尝试把液相沉积二氧化硅引入太阳能电池作为表面钝化技术。实验结果表明不添加硼酸作为消耗剂、氟硅酸浓度为2.0M时制备的薄膜具有更好的均匀性,当退火温度、退火时间分别为300℃和300s时,薄膜具有较好的钝化效果,其表面复合速度从6923cm/s降低至2830cm/s。 【关键词】：太阳能电池 晶体硅 纳米结构阵列 表面织构 钝化
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 致谢5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-9
• 序9-12
• 第1章 引言12-22
• 1.1 发展太阳能电池的意义12-13
• 1.2 国内外光伏产业现状13
• 1.3 高效晶硅电池技术现状13-19
• 1.4 本论文的研究意义及内容19-22
• 第2章 硅纳米结构表面织构方法概述22-36
• 1.1 单晶硅碱腐蚀表面织构22-23
• 1.2 多晶硅酸腐蚀表面织构23
• 1.3 纳米结构表面织构方法23-29
• 1.3.1 激光刻蚀方法24
• 1.3.2 反应离子刻蚀法24-26
• 1.3.3 湿法腐蚀方法26-29
• 1.4 纳米结构阵列表面反射率29-31
• 1.5 基于纳米结构阵列表面的电池性能31-33
• 1.6 存在的问题33-36
• 第3章 表面纳米结构高度对电池性能的影响36-48
• 1.7 实验设计36-37
• 1.8 表征方法37
• 1.9 实验结果及分析37-46
• 1.9.1 表观照片37-38
• 1.9.2 微观形貌38-40
• 1.9.3 表面反射率40-41
• 1.9.4 方块电阻41-43
• 1.9.5 量子效率43
• 1.9.6 电池特性43-45
• 1.9.7 接触电阻45-46
• 1.10 本章小结46-48
• 第4章 PⅢ后表面酸处理对电池性能的影响48-58
• 1.11 实验设计及表征48-50
• 1.12 结果与讨论50-57
• 1.12.1 腐蚀对结构的影响50-52
• 1.12.2 腐蚀对反射率的影响52-53
• 1.12.3 腐蚀对方块电阻的影响53-54
• 1.12.4 腐蚀对量子效率的影响54-55
• 1.12.5 腐蚀对电池特性的影响55-57
• 1.13 本章小结57-58
• 第5章 液相沉积二氧化硅薄膜对纳米结构表面钝化的研究58-76
• 1.14 钝化技术简介58-59
• 1.15 关于液相沉积二氧化硅59-61
• 1.16 实验设计61-64
• 1.17 硼酸浓度对二氧化硅薄膜沉积的影响64-66
• 1.18 氟硅酸浓度对二氧化硅薄膜沉积的影响66-68
• 1.19 薄膜成分表征68-69
• 1.20 退火对薄膜的影响69-71
• 1.21 钝化性能表征71-74
• 1.22 本章小结74-76
• 第6章 结论76-80
• 1.23 本文主要工作及结论76-77
• 1.24 进一步研究建议77-80
• 参考文献80-86
• 作者简历86-90
• 学位论文数据集90

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