全液相兩步法金屬輔助化學(xué)刻蝕制備多晶黑硅太陽(yáng)能電池

【摘要】：近幾年，黑硅作為一種具備納米陷光結(jié)構(gòu)的新型半導(dǎo)體光電材料，由于其在可見(jiàn)——紅外波段反射率極低，能夠有效的提高電池片的轉(zhuǎn)化效率，因而受到了人們的極大關(guān)注。制備黑硅的方法很多，其中金屬輔助化學(xué)刻蝕法由于所需設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低、易于整合到目前太陽(yáng)能電池生產(chǎn)工序中而備受人們青睞。目前已有許多小組在從事金屬輔助化學(xué)刻蝕方法的研究，也取得了一定的成果，但大多都采用一步法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。而一步法制黑硅存在兩方面的缺點(diǎn)：一方面，反應(yīng)過(guò)程消耗大量的重金屬Ag；另一方面，殘留過(guò)多的金屬粒子增加了后續(xù)清洗工作的負(fù)擔(dān)。 本文研發(fā)的全液相兩步法不僅可以與產(chǎn)線上現(xiàn)有制絨工藝很好的兼容，而且可以有效的解決一步法制黑硅的兩大弊端，這在很大程度上節(jié)約了生產(chǎn)成本，也簡(jiǎn)化了產(chǎn)線上的工藝步驟，所以研究?jī)刹椒ㄖ坪诠杈哂兄匾膶?shí)踐意義。 首先，兩步法制黑硅(TSM)是指應(yīng)用控制變量法先將制絨過(guò)的硅片先放到硝酸銀（催化劑）溶液中反應(yīng)一定時(shí)間，再放入適當(dāng)體積比的氫氟酸（刻蝕劑）和過(guò)氧化氫（氧化劑）混合溶液中反應(yīng)一段時(shí)間，制備出具有納米陷光的絨面結(jié)構(gòu)，即黑硅結(jié)構(gòu)。本文主要研究了三種溶液濃度以及反應(yīng)時(shí)間下的硅片絨面形貌，選用掃描電子顯微鏡（SEM）和光學(xué)顯微鏡（OM）對(duì)其進(jìn)行了表征。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：不同的溶液濃度和反應(yīng)時(shí)間會(huì)得到納米線狀和孔洞狀兩種完全不同的結(jié)構(gòu)。 其次，本文通過(guò)SEM、EDX和粒徑分析軟件對(duì)兩步法與一步法制黑硅中Ag顆粒進(jìn)行了表征，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：兩步法消耗非常少的重金屬，而且金屬粒子分布很均勻，顆粒大小也有一定的規(guī)律性。因?yàn)閮刹椒ǚ磻?yīng)消耗很少Ag，后續(xù)可以很徹底的將殘余的金屬粒子去除干凈，避免了電池片表面金屬殘余導(dǎo)致的復(fù)合。 最后，從結(jié)構(gòu)上來(lái)看兩步法制黑硅相當(dāng)于在原來(lái)微米結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上又生長(zhǎng)了一種納米結(jié)構(gòu)，即形成了一種微納復(fù)合結(jié)構(gòu)，這樣就使得硅片的反射率由原來(lái)的25%左右降低到5%左右甚至更低。選用標(biāo)準(zhǔn)8度角絨面積分式反射儀（D8反射儀）對(duì)黑硅的光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了表征，并發(fā)現(xiàn)確實(shí)能夠獲得極低的反射率。然而，這種具有極低反射率的黑硅卻有很深的結(jié)構(gòu)，即很大的比表面積，會(huì)大大增加表面載流子復(fù)合中心數(shù)量，導(dǎo)致電池片的轉(zhuǎn)換效率下降。所以，我們?cè)谥仆旰诠柚蠹恿艘徊絼冸x修正，通過(guò)參數(shù)的調(diào)控可以將納米陷光結(jié)構(gòu)的深度控制在理想的范圍內(nèi)。本文將兩步法制完的多晶黑硅電池在蘇州阿特斯陽(yáng)光電力科技有限公司做了流片分析，流片數(shù)據(jù)表明該類(lèi)電池的平均效率為18.05%，高于產(chǎn)線17.52%的平均值。 綜上所述，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室和產(chǎn)線上證實(shí)了全液相兩步法金屬輔助化學(xué)刻蝕制備黑硅太陽(yáng)能電池的可行性，并且與一步法比較體現(xiàn)出了其較大優(yōu)勢(shì)。本文的研究?jī)?nèi)容可以在很大程度上促進(jìn)我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，全液相兩步法制黑硅技術(shù)存在巨大的實(shí)踐應(yīng)用潛力。 【關(guān)鍵詞】：兩步法制黑硅 金屬輔助化學(xué)刻蝕 Ag納米顆粒 微納復(fù)合結(jié)構(gòu) 光電轉(zhuǎn)換效率 反射率
【學(xué)位授予單位】：蘇州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：TM914.4
【目錄】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 序言10-27
• 1.1 黑硅的出現(xiàn)和應(yīng)用10-16
• 1.1.1 黑硅制備方法及優(yōu)缺點(diǎn)12-14
• 1.1.2 黑硅研究進(jìn)展和現(xiàn)狀14-16
• 1.2 太陽(yáng)能電池簡(jiǎn)介16-24
• 1.2.1 太陽(yáng)能電池制絨清洗工藝18-22
• 1.2.2 太陽(yáng)能電池性能參數(shù)22-24
• 1.3 我國(guó)光伏行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀24-26
• 1.4 本文研究意義和主要內(nèi)容26-27
• 第二章 全液相兩步法制黑硅及黑硅的表征方法27-38
• 2.1 全液相兩步法制黑硅27-29
• 2.1.1 基片準(zhǔn)備27
• 2.1.2 制備流程27-28
• 2.1.3 制備原理28-29
• 2.1.4 注意事項(xiàng)29
• 2.1.5 后續(xù)處理29
• 2.2 黑硅的表征方法29-38
• 2.2.1 掃描電子顯微鏡（SEM）29-31
• 2.2.2 標(biāo)準(zhǔn) 8 度角絨面積分式反射率測(cè)量?jī)x31-32
• 2.2.3 X 射線能量色散譜儀（EDS）32-33
• 2.2.4 分形理論介紹33-35
• 2.2.5 Suns-Voc 測(cè)量35-36
• 2.2.6 量子效率測(cè)試儀36-38
• 第三章 兩步法中各參數(shù)對(duì)黑硅結(jié)構(gòu)的影響38-50
• 3.1 AgNO_3濃度的影響38-40
• 3.2 H_2O_2濃度的影響40-43
• 3.3 第一步反應(yīng)時(shí)間的影響43-45
• 3.4 第二步反應(yīng)時(shí)間的影響45-47
• 3.5 光照的影響47-48
• 3.6 本章小結(jié)48-50
• 第四章 黑硅結(jié)構(gòu)的優(yōu)化與黑硅電池性能的研究50-67
• 4.1 兩步法中 Ag 納米顆粒的研究50-58
• 4.1.1 時(shí)間對(duì) Ag 納米顆粒大小和分布影響50-53
• 4.1.2 有無(wú) H_2O_2對(duì) Ag 納米顆粒的影響53-54
• 4.1.3 兩步法中 Ag 納米顆粒的清洗研究54-56
• 4.1.4 比較兩步法與一步法對(duì) Ag 的消耗56-58
• 4.2 黑硅的剝離優(yōu)化及黑硅太陽(yáng)能電池性能研究58-63
• 4.2.1 多晶黑硅上酸剝離研究59-61
• 4.2.2 多晶黑硅上堿剝離研究61-63
• 4.3 多晶黑硅太陽(yáng)能電池的流片分析63-65
• 4.4 本章小結(jié)65-67
• 第五章 總結(jié)67-68
• 參考文獻(xiàn)68-73
• 攻讀碩士學(xué)位期間公開(kāi)發(fā)表的論文及科研成果73-74
• 致謝74-75

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