多孔硅制備工藝及其在硅太陽(yáng)能電池上的應(yīng)用

【摘要】：全球化的能源危機(jī)和環(huán)境危機(jī)日益成為人類(lèi)可持續(xù)發(fā)展的障礙。太陽(yáng)能作為一種取之不盡的清潔可再生能源,越來(lái)越受到人們的重視,特別是太陽(yáng)能發(fā)電,已成為重要的能源供給方式和新興技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)。晶體硅太陽(yáng)電池因其性能穩(wěn)定,成本較低而成為光伏市場(chǎng)主流,但是光伏的進(jìn)一步推廣應(yīng)用依賴(lài)于電池效率的提高和成本的降低,這也是目前太陽(yáng)電池的主要研究方向。為了降低成本,電池片薄片化是目前晶體硅太陽(yáng)電池的發(fā)展趨勢(shì),但是電池片變薄要求硅片具備更好的光吸收性能。硅片表面的陷光結(jié)構(gòu)需要更好的設(shè)計(jì)以降低可見(jiàn)光光反射率。本文采用銀納米顆粒催化腐蝕的方法,在電池片表面制備多孔減反射結(jié)構(gòu),并采用堿刻蝕工藝對(duì)多孔硅結(jié)構(gòu)進(jìn)行修正,最后制備成多孔陷光太陽(yáng)電池,取得了以下主要?jiǎng)?chuàng)新成果：(1)考察了銀納米顆粒尺寸、腐蝕時(shí)間等條件對(duì)硅片多孔硅結(jié)構(gòu)和表面光反射率的影響。研究發(fā)現(xiàn)在室溫下多孔硅制備的反應(yīng)時(shí)間在3-6min為最合適的工藝區(qū)間,所獲多孔結(jié)構(gòu)陷光效果較好。隨著反應(yīng)時(shí)間的增加,表面平均光反射率呈現(xiàn)出先降低后增加的趨勢(shì)。(2)多孔硅結(jié)構(gòu)起到了較好的減反射效果,但表面積的增加會(huì)導(dǎo)致少數(shù)光生載流子在硅片表面的復(fù)合,需要對(duì)表面進(jìn)行鈍化處理。本文采用氫氧化鈉溶液刻蝕修正多孔硅結(jié)構(gòu)的方法,考察了堿濃度和刻蝕時(shí)間對(duì)表面少子壽命的影響,獲得最佳的工藝參數(shù)。同時(shí)我們提出了增加超薄Si02膜鈍化硅片表面的方法,具體包括熱氧化和臭氧水鈍化。通過(guò)優(yōu)化工藝參數(shù),獲得了全面積電池原型器件(156 cm×156 cm),其光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)18.35%。(3)n型晶硅太陽(yáng)電池具有比p型更高的轉(zhuǎn)換效率,但多孔硅結(jié)構(gòu)應(yīng)用于n型太陽(yáng)能電池更具優(yōu)勢(shì),只是常規(guī)n型電池工藝復(fù)雜,成本較高。本文中提出了一種新的n型多孔硅太陽(yáng)電池結(jié)構(gòu),即n+np多孔硅太陽(yáng)電池。該結(jié)構(gòu)既有較好的減反射效果,又有效解決了多孔硅制備帶來(lái)的金屬雜質(zhì)和表面復(fù)合等問(wèn)題,此外其制備工藝與現(xiàn)有的p型太陽(yáng)電池生產(chǎn)工藝完全兼容,適合大規(guī)模生產(chǎn)。最終我們得到了光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)17.7%的全面積太陽(yáng)電池原型器件。 【關(guān)鍵詞】：銀納米顆粒 減反射 多孔硅 太陽(yáng)能電池 刻蝕修正
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TM914.41
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-13
• 第二章 文獻(xiàn)綜述13-31
• 2.1 太陽(yáng)能電池工作原理和制備工藝13-17
• 2.1.1 太陽(yáng)能電池工作原理13-14
• 2.1.2 太陽(yáng)能電池電學(xué)性能參數(shù)14-17
• 2.2 太陽(yáng)能電池的發(fā)展歷史和趨勢(shì)17-22
• 2.3 晶硅太陽(yáng)能電池減反射結(jié)構(gòu)的研究進(jìn)展22-29
• 2.3.1 減反射結(jié)構(gòu)在太陽(yáng)能電池上的應(yīng)用22-24
• 2.3.2 多孔硅減反射結(jié)構(gòu)在太陽(yáng)能電池上的研究應(yīng)用24-29
• 2.4 本論文的研究?jī)?nèi)容和目的29-31
• 第三章 實(shí)驗(yàn)31-37
• 3.1 實(shí)驗(yàn)方案31-32
• 3.1.1 銀催化多孔硅制備在p型硅太陽(yáng)電池上的應(yīng)用31
• 3.1.2 銀催化多孔硅制備在n型硅太陽(yáng)電池上的應(yīng)用31-32
• 3.1.3 本文創(chuàng)新點(diǎn)32
• 3.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備32-34
• 3.2.1 激光切片機(jī)32-33
• 3.2.2 等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)系統(tǒng)33
• 3.2.3 快速熱處理(RTP)爐33-34
• 3.3 測(cè)試設(shè)備34-37
• 3.3.1 紫外可見(jiàn)吸收(透射)光譜儀(UV-VIS)34-35
• 3.3.2 少子壽命測(cè)試儀35
• 3.3.3 掃描電子顯微鏡35
• 3.3.4 太陽(yáng)電池片效率分選機(jī)35-36
• 3.3.5 太陽(yáng)能電池量子效率測(cè)試系統(tǒng)36-37
• 第四章 銀催化多孔硅制備在p型硅太陽(yáng)電池上的應(yīng)用37-63
• 4.1 引言37-38
• 4.2 p型硅表面銀催化腐蝕多孔硅結(jié)構(gòu)的制備與表征38-43
• 4.2.1 前言38
• 4.2.2 實(shí)驗(yàn)38
• 4.2.3 結(jié)果與討論38-43
• 4.3 多孔硅結(jié)構(gòu)的刻蝕和修正工藝43-52
• 4.3.1 前言43-44
• 4.3.2 實(shí)驗(yàn)44
• 4.3.3 結(jié)果與討論44-52
• 4.4 多孔硅在p型單晶硅太陽(yáng)能電池上的應(yīng)用及其電學(xué)性能52-55
• 4.4.1 前言52
• 4.4.2 實(shí)驗(yàn)52-53
• 4.4.3 結(jié)果與討論53-55
• 4.5 多孔硅在p型多晶硅太陽(yáng)能電池上的應(yīng)用55-60
• 4.5.1 前言55-56
• 4.5.2 實(shí)驗(yàn)56
• 4.5.3 結(jié)果與討論56-60
• 4.6 本章小結(jié)60-63
• 第五章 銀催化腐蝕多孔硅制備在n型硅太陽(yáng)電池上的應(yīng)用63-83
• 5.1 引言63
• 5.2 n型硅表面銀催化腐蝕多孔硅結(jié)構(gòu)的制備與表征63-66
• 5.2.1 前言63-64
• 5.2.2 實(shí)驗(yàn)64
• 5.2.3 結(jié)果與討論64-66
• 5.3 n型多孔硅硅片的刻蝕和修正工藝66-70
• 5.3.1 前言66
• 5.3.2 實(shí)驗(yàn)66-67
• 5.3.3 結(jié)果與討論67-70
• 5.4 n+np多孔硅太陽(yáng)能電池制備工藝及其電學(xué)性能70-75
• 5.4.1 前言70
• 5.4.2 實(shí)驗(yàn)70-71
• 5.4.3 結(jié)果與討論71-75
• 5.5 n+np多孔硅太陽(yáng)能電池的鈍化工藝75-81
• 5.5.1 前言75
• 5.5.2 實(shí)驗(yàn)75
• 5.5.3 結(jié)果和討論75-81
• 5.6 本章小結(jié)81-83
• 第六章 結(jié)論83-85
• 參考文獻(xiàn)85-91
• 致謝91-93
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷93-95
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與取得的其它研究成果95

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