黑硅太陽能電池的工藝研究

【摘要】：當(dāng)前,為了降低生產(chǎn)成本,硅片薄片化成為晶體硅太陽能電池的發(fā)展趨勢之一。硅片變薄時,對光吸收和鈍化的要求非常嚴(yán)格,特別是在鈍化效果較好時,光吸收就成為了制約電池效率提升的關(guān)鍵因素。因此,需要最大限度地增加硅基體對光線的吸收以提高太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率。文中制備的黑硅硅片在300～1100nm光譜范圍內(nèi)對入射光能達(dá)到95%的吸收率。 本文利用等離子體侵沒離子注入技術(shù)制備多晶黑硅,其原理為將硅片直接浸沒在等離子體中,然后在硅片上施加負(fù)偏壓,由于在硅片表面形成鞘層,所以硅片表面各處將同時被注入反應(yīng)離子,并與硅片發(fā)生反應(yīng)形成黑硅。本文采用自主搭建的等離子體侵沒離子注入系統(tǒng),研究出了一套制備黑硅硅片的最佳工藝,并初步實(shí)現(xiàn)了黑硅硅片的低成本批量制造；之后,將制備好的黑硅硅片做成太陽能電池,其開路電壓、短路電流和填充因子分別為0.625V,8.750A和79.116%,轉(zhuǎn)換效率可達(dá)17.79%,比常規(guī)太陽能電池轉(zhuǎn)換效率高0.3%。 由于黑硅硅片的納米結(jié)構(gòu),使得硅片具有大的表面積和大量的表面態(tài),其電子態(tài)和能帶結(jié)構(gòu)也發(fā)生了變化,所以本文還對黑硅表面鈍化工藝進(jìn)行了一系列研究,希望找到能有效降低黑硅表面活性和提高少數(shù)載流子壽命的方法。實(shí)驗(yàn)采用傳統(tǒng)硅工藝使用的等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)技術(shù)生長氮化硅薄膜來對硅片表面進(jìn)行鈍化,主要研究了氣體比例、沉積溫度和沉積時間對減反作用和鈍化作用的影響；同時還研究了沉積條件對電池內(nèi)、外量子效率的影響。 【關(guān)鍵詞】：等離子體侵沒離子注入 黑硅 鈍化
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-8
• 序言8-11
• 1 緒論11-31
• 1.1 晶體硅及其基本性質(zhì)11-12
• 1.2 太陽能電池用硅材料12-13
• 1.3 高純多晶硅的制備13-16
• 1.3.1 三氯氫硅氫還原法14-15
• 1.3.2 硅烷熱分解法15
• 1.3.3 Ethyl Corporation法15-16
• 1.4 太陽能級多晶硅的制備16-17
• 1.5 幾種常用晶體硅材料介紹17-23
• 1.5.1 區(qū)熔單晶硅17-18
• 1.5.2 直拉單晶硅18-21
• 1.5.3 鑄造多晶硅21-23
• 1.6 黑硅的制備方法23-28
• 1.6.1 飛秒激光脈沖法24-25
• 1.6.2 電化學(xué)腐蝕法25-26
• 1.6.3 等離子體刻蝕法26-28
• 1.7 本文研究內(nèi)容和意義28-31
• 2 晶體硅太陽能電池的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)31-45
• 2.1 太陽能電池產(chǎn)業(yè)簡介31-32
• 2.2 傳統(tǒng)電池工藝32-44
• 2.2.1 襯底32
• 2.2.2 腐蝕、織構(gòu)化和光學(xué)限制32-35
• 2.2.3 結(jié)的形成35-38
• 2.2.4 去氧化層38
• 2.2.5 邊緣隔離38-40
• 2.2.6 前表面鈍化和減反射涂層40-41
• 2.2.7 前接觸形成41-43
• 2.2.8 背面結(jié)構(gòu)43-44
• 2.3 本章小結(jié)44-45
• 3 設(shè)備與實(shí)驗(yàn)45-71
• 3.1 等離子體侵沒離子注入系統(tǒng)45-48
• 3.2 黑硅硅片制備工藝48-52
• 3.2.1 黑硅氣體流量比的確定48-49
• 3.2.2 反應(yīng)氣壓實(shí)驗(yàn)49-50
• 3.2.3 射頻輸出功率實(shí)驗(yàn)50-51
• 3.2.4 刻蝕時間實(shí)驗(yàn)51
• 3.2.5 偏壓試驗(yàn)51-52
• 3.3 設(shè)備與黑硅工藝總結(jié)52-53
• 3.4 黑硅太陽能電池的制備53-55
• 3.5 氮化硅層對黑硅太陽能電池的影響55-68
• 3.5.1 PECVD氮化硅的減反機(jī)理55-56
• 3.5.2 SiH_4/NH_3、沉積溫度、沉積時間對減反作用的影響56-60
• 3.5.3 PECVD氮化硅薄膜鈍化機(jī)理60-61
• 3.5.4 氣體比例、沉積時間、沉積溫度對鈍化作用的影響61-65
• 3.5.5 沉積條件對量子效率的影響65-68
• 3.6 本章小結(jié)68-71
• 4 結(jié)論與展望71-73
• 參考文獻(xiàn)73-77
• 作者簡歷及攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果77-81
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集81

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