硅太阳能电池中击穿机制的研究

【摘要】：多晶硅太阳能电池以其较低的成本和成熟的制备工艺已经在太阳能电池发电中占据越来越重要的位置。但由于多晶硅制作工艺、自身晶化率等原因在制造的太阳能电池中引入了很多缺陷态、位错、晶界等等,使得多晶硅太阳能电池的存在反向击穿电压过低,电池可靠性低等问题。 当太阳能电池板中的某一位置被遮挡时,由于同一阵列其它电池的作用,被遮挡位置能够形成一个超过-13V的反向偏压。如果这个电压产生的反向电流足够大,其产生的热量就可以毁坏电池甚至整个电池板。因此,多晶硅电池的电学击穿特性就成为了与之相关的科学问题,它限定了电池板中一列太阳能电池的数量。对于理想的网状掺杂n+—p二极管来说,当掺杂浓度p≈1016cm-3时其反向击穿电压不应低于50V,但是现在很多的多晶硅太阳能电池经常在低于13V的反向偏压下就发生击穿。为了避免这种现象提高电池的稳定性及寿命,研究并透彻理解多晶硅太阳能电池的反向击穿机制就变得很有必要。电致发光(EL)被证明在分析多晶硅太阳能电池电学特性上具有良好的空间分辨率,在施加不同的正反向偏压时可以观测到不同的发光图像。 本文对同一电池片施加不同反向偏压时,我们通过电致发光(EL)图像分辨不同的发光类型及位置,并对不同的发光位置进行变温I-V测量。通过分析反向I-V-T的关系确定了-8V至-12V电压区间下的发光主要由电子由P区遂穿到N区并与空穴复合造成；通过分析正向的I-V-T的关系确定了隧道击穿的类型主要是界面缺陷诱导遂穿,并且解释了不同电压下电致发光(EL)亮暗不同的原因。为进一步验证我们的结论,我们对不同亮暗位置进行开尔文探针(SPV)测量,通过分析禁带宽度和表面电势差改变量的不同得到了与变温I-V相同的实验结论。 在本文最后我们同样利用电致发光(EL)方法对单晶硅电池也做了初步的分析,并对其中的问题进行了简略的阐述。 【关键词】：太阳能电池 击穿电压 隧道击穿 缺陷位置
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 太阳能电池简介8-16
• 1.1 太阳能电池发展前景8-10
• 1.2 太阳能电池的工作原理及构造10-12
• 1.2.1 太阳能电池的工作原理10-12
• 1.2.2 太阳能电池的构造12
• 1.3 太阳能电池的种类12-13
• 1.4 太阳能电池的发展进程13-16
• 1.4.1 第一代太阳能电池13-14
• 1.4.2 第二代太阳能电池14
• 1.4.3 第三代太阳能电池14-16
• 2 太阳能电池反向击穿机制的研究背景16-26
• 2.1 击穿机制概述17-20
• 2.2 击穿机制研究20-26
• 2.2.1 早期击穿20-21
• 2.2.2 缺陷诱导击穿21-24
• 2.2.3 雪崩击穿24-26
• 3 实验设备及表征方法26-33
• 3.1 电致发光图像(EL image)26-27
• 3.2 变温I-V测试系统27-29
• 3.3 开尔文探针测试系统29-33
• 3.3.1 表面光伏发展历史29-30
• 3.3.2 表面光伏基本理论30-33
• 4 数据分析与讨论33-42
• 4.1 多晶硅太阳能电池击穿研究33-39
• 4.1.1 击穿位置及类型的判定34-36
• 4.1.2 暗态J-V-T特性36-38
• 4.1.3 表面光伏测量38-39
• 4.2 单晶硅太阳能电致发光研究39-42
• 结论42-44
• 参考文献44-48
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况48-49
• 致谢49-50

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