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晶体硅太阳电池表面钝化研究

2019-07-19 16:11

利用光伏电池发电是解决能源问题晶体硅太阳电池表面钝化研究和环境问题的重要途径之一。目前,80%以上的太阳电池是由晶体硅材料制备而成的,制备高效率低成本的晶体硅太阳能电池对于大规模利用光伏发电有着十分重要的意义。其中前表面钝化及背表面钝化是制备高效晶体硅太阳电池非常重要的工序,表面钝化的好坏直接决定太阳电池少数载流子寿命的高低,通过对少数载流子寿命的检测分析,我们对晶体硅太阳电池表面钝化技术进行了系统的实验研究。本文在综述当前实验室高效太阳电池钝化技术的基础上,在第三章中针对重掺杂表面钝化,研究了热氧化钝化的各种条件(包括氧化温度、氧化时间)对太阳电池前表面钝化效果的影响。通过检测少数载流子寿命以及对电性能参数中开路电压的分析,在筛选了众多实验结果后,发现在840℃左右的氧化温度以及10分钟左右的氧化时间下便可保证较好的表面钝化效果。在这种条件下进行工艺生产,既可使硅片在氧化过程中受高温影响降到较低的程度,也可保证较好的减反射效果及钝化效果。在第四章中,本

(本文共59页)

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光伏发电技术是解决能源危机的有效途径之一。晶体硅太阳电池占整个市场份额的80%左右。高效晶体硅太阳电池的研制以及晶体硅太阳电池的薄片化,使太阳电池用晶体硅的表面钝化变得十分关键。本文首先提出针对MIIS结构中,晶体硅表面电学性质的高频电容研究方法。在此基础上,对PE-CVD生长的原生氮化硅薄膜的钝化性质及薄膜在快速热处理过程中的热稳定性进行了研究。原生氮化硅薄膜可降低载流子的表面复合。600℃下快速热处理,晶体硅表面的少子寿命先升后降。700℃下快速热处理,氮化硅钝化膜的热稳定性大幅下降。薄膜的电子俘获能力随热处理温度的升高和热处理时间的增加而下降。相应的薄膜中K+中心数量减少。ALD-Al2O3在550℃热处理30秒后,晶体硅表面的少子寿命达最大值。薄膜与晶体硅界面处的氧化层厚度增加,降低了界面态密度。此外,随热处理温度的提高,界面电荷由正变负再变正。随热处理时间的延长,界面负电荷面密度先增后减。热处理温度越高,开始衰减所需时...

(本文共8晶体硅太阳电池表面钝化研究7页)

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晶体硅太阳电池具有稳定的性能和成熟的制备工艺,在光伏市场占据超过70%的份额,然而,依旧面临着转化效率低、生产成本高等问题。如何进一步提高晶体硅太阳电池的转换效率是目前该领域亟需解决的难题之一。晶体硅太阳电池转换效率的提高需要陷光性能优异的减反结构以降低表面反射率,需要优异的表面钝化以降低表面复合速率,进而提高电池的短路电流、开路电压。本论文以晶体硅太阳电池表面减反结构和表面钝化为中心,以进一步提高对入射光子的吸收和降低少数载流子的复合速率为切入点,以提升晶体硅太阳电池的转换效率为目标开展研究。主要研究内容如下:(1)采用金属Ag辅助的化学腐蚀法和金属Ni辅助的反应离子刻蚀法实现晶体硅表面制绒,得到微纳减反结构,以降低表面反射率。通过金属Ag辅助的化学腐蚀法对金字塔结构的单晶硅和沟壑结构的多晶硅表面进行二次腐蚀,可以得到微纳结构的绒面。控制反应时间、温度、AgNO3浓度等条件调控绒面结构,能够降低表面反射率至5%以下。利用Ni薄...

(本文共169页)

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1引言随着环境污染与能源短缺日趋严重,开发新能源已成为人类社会发展的必然趋势。太阳能作为一种“取之不尽,用之不竭”的清洁能源则得到了人们的广泛关注。目前,制造高效率、低成本的硅太阳电池是光伏能源领域的主要研究热点[1]。降低成本和提高转换效率是太阳电池制备中要考虑的两个主要因素。对于目前的晶体硅太阳电池而言,要想再进一步提高电池的转换效率是比较困难的。因此,人们的研究重点就集中到了如何降低成本。因此,近年来为了降低太阳能电池的成本,硅片的厚度不断降低,将来甚至会向更薄的方向发展。但太阳能电池的薄片化是把双刃剑。在硅片表面,晶体的周期性被破坏从而会产生悬挂键(如图1),使得晶体表面存在大量位于带隙中的缺陷能级;位错、化学残留物以及表面金属的沉积等都会引入缺陷能级,这些都使得硅片表面成为复合中心。而且,随着硅片厚度的减薄,少数载流子的扩散长度可能接近或大于硅片的厚度,部分少数载流子将扩散到电池背面而产生复合,这将对电池效率产生重要影...

(本文共6页)

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太阳能发电是一种非常有前景的可再生能源。当前,晶体硅太阳电池占据了超过80%的光伏市场份额。降低其成本是研究和产业界不断努力的目标,目前采用的主要策略是降低硅片的厚度和提高硅太阳电池的转换效率。随着硅片厚度的下降,表面复合的影响越来越大;晶体硅太阳电池表面钝化研究同时,高的破碎率减少了电池产量。晶体硅中的复合中心,如光衰减缺陷,明显降低了太阳电池的效率。因此,研究晶体硅电池的表面及体复合行为,对于光伏产业发展薄片高效电池具有重要的意义。本文研究了晶体硅表面的复合,以及运用合适的钝化方法减少复合,并分析表面复合对薄片电池效率的影响。并研究了掺杂对晶体硅及太阳电池光衰减行为的影响。另外,还研究了太阳电池用硅片的力学性能。取得了如下主要创新的结果:(1)研究了硅表面复合及有效的表面钝化方法。对于p型直拉单晶硅,采用合适的硅片预清洗以及0.01mol/1的碘酒/乙醇溶液钝化,表面复合速度小于50cm/S。采用合适的生长参数沉积的SiNx薄膜,通过外加电场在生长S...

(本文共147页)

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太阳能是利用价值最高的新能源之一,晶体硅太阳电池则是利用太阳能最有效的手段之一。为了降低生产成本并提高转换效率,晶体硅太阳电池的表面钝化技术的研究意义非凡。本文首先研究了氮化硅的微结构与其钝化效果的关系,在此基础上分析了热处理影响氮化硅薄膜钝化效果的本质原因。发现热处理后,薄膜中固定电荷含量随温度的上升先下降再上升然后再下降,界面处氢的含量则是随着温度的上升先保持不变,再上升最后急剧下降。当热处理温度为400℃-450℃时,薄膜中固定电荷含量最高,界面处氢含量最高,薄膜钝化效果最好。对氮氧化硅的研究指出,当一氧化二氮的流量为30sccm时薄膜的钝化效果最好,此时氮氧化硅的组成为75%的Si-O2N2和25%的Si-SiON2。氧原子的引入是其钝化效果优于氮化硅的主要原因。热处理可以使薄膜中的固定电荷含量上升,界面处态密度下降,从而提高薄膜的钝化效果。与非晶硅单层膜相比,非晶硅/氮化硅叠层膜的钝化效果较好,氮化硅薄膜中大量的氢是主...

(本文共85页)

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