不同納米結(jié)構(gòu)減反射層對單晶硅太陽能電池效率的影響

【摘要】：近來,隨著研究和生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展,太陽能電池將在傳統(tǒng)能源領(lǐng)域發(fā)揮重大作用。硅系太陽能電池,特別是單晶硅太陽能電池的科研和生產(chǎn)已經(jīng)相對成熟和穩(wěn)定。調(diào)查發(fā)現(xiàn),單晶硅太陽能電池在工業(yè)水平的轉(zhuǎn)化效率可達(dá)18.8%,而其實驗室轉(zhuǎn)化效率為23.4%?？梢?二者之間還存在著很大的差距,這就促使我們不斷地研究和開發(fā)新的制造工藝來提高單晶硅電池的工業(yè)轉(zhuǎn)化效率。根據(jù)光伏基礎(chǔ)理論,光學(xué)和電學(xué)損失是決定太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率的重要因素。其中,光學(xué)損失包括表面反射,阻塞損失和材料本身的光譜響應(yīng)。在光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展進(jìn)程中,人們探索了多種減少反射的方法,以便提高轉(zhuǎn)化效率。減反射層作為減少光學(xué)損失的有效手段,一直是近年來的研究熱點。常用的兩種方法是在襯底上生長具有不同折射率的異質(zhì)層或制備同質(zhì)的絨面。相比于異質(zhì)減反射層,絨面同質(zhì)減反射層在制備方法和與襯底的鍵和方面表現(xiàn)出了更多的優(yōu)勢。 近年來,在拋光單晶硅襯底上生長納米線作為減反射層的眾多方法引起了廣泛的關(guān)注。這些方法包括氣-液-固相外延,化學(xué)氣相沉積,電化學(xué)沉積,激光燒蝕,干法刻蝕和濕法刻蝕等。其中,金屬催化濕法刻蝕,由于更簡單的工藝過程和低成本操作使得其在工業(yè)生產(chǎn)水平制備高性價比的減反射層成為可能。最近,有研究者制備了一種兼有金字塔和納米線二重結(jié)構(gòu)的絨面減反射層,這樣可獲得反射率低至0.9%的優(yōu)質(zhì)減反射層。制備減反射層的目的在于提高太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率,但是化學(xué)刻蝕法制備的減反射層是非理想的光生載流子傳輸層。由于高表面復(fù)合存在,低反射率的減反射層往往并不能有效提高轉(zhuǎn)化效率。 本文介紹的是分別采用HF/AgNO3溶液和HF/H2O2溶液兩步相繼刻蝕15.6×15.6cm2P型制絨單晶硅襯底制備硅納米線的實驗方法。通過控制硅納米線的長度和分布情況,制備出了兼具金字塔和線形雙重結(jié)構(gòu)并呈現(xiàn)出不同反射率的減反射層。通過8組對比實驗,獲得了反射率在15.1%到5.5%之間變化的樣品。得出的實驗結(jié)論是密而長的納米線具備更好的減反效果,但同時更高表面復(fù)合的存在也減低了電池的光電轉(zhuǎn)化效率。鑒于此,我們在軸向長度為200nm的硅納米線襯底上,制備出了效率為15.94%的單晶硅電池。 【關(guān)鍵詞】：硅納米線 化學(xué)濕法 減反射層 量子效率 效率
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 引言8-9
• 1 緒論9-13
• 1.1 太陽能電池簡介9-10
• 1.1.1 太陽能電池的發(fā)展歷程9
• 1.1.2 太陽能電池的理論依據(jù)9-10
• 1.2 太陽能電池的分類10-11
• 1.2.1 按電池襯底材料分類10
• 1.2.2 按電池結(jié)構(gòu)分類10-11
• 1.3 硅電池簡介11-12
• 1.4 本論文的內(nèi)容和意義12
• 1.4.1 本論文的內(nèi)容12
• 1.4.2 本論文的意義12
• 本章小結(jié)12-13
• 2 單晶硅電池制造工藝13-21
• 2.1 太陽能級硅材料的制備13-16
• 2.1.1 太陽能級硅材料的提純工藝13
• 2.1.2 單晶硅錠的制備13-15
• 2.1.3 單晶硅棒切片工藝15-16
• 2.2 制備單晶硅太陽能電池的工藝過程16-20
• 本章總結(jié)20-21
• 3 減反射層在單晶硅太陽能電池中的應(yīng)用21-30
• 3.1 絨面制備21-22
• 3.1.1 制絨原理21-22
• 3.1.2 工藝參數(shù)對絨面制備的影響22
• 3.2 多孔硅結(jié)構(gòu)制備22-24
• 3.2.1 多孔硅的制備原理23-24
• 3.2.2 影響多孔硅結(jié)構(gòu)制備的因素24
• 3.3 納米線結(jié)構(gòu)制備24-27
• 3.3.1 化學(xué)濕法刻蝕硅納米線的制備原理25-26
• 3.3.2 制備硅納米線的影響因素26-27
• 3.4 薄膜減反射層制備27-29
• 3.4.1 薄膜減反射層制備原理27-28
• 3.4.2 工藝參數(shù)對薄膜減反射層的影響28-29
• 本章小結(jié)29-30
• 4 樣品制備與表征設(shè)備30-38
• 4.1 樣品制備設(shè)備30-32
• 4.1.1 PECVD沉積系統(tǒng)30
• 4.1.2 擴(kuò)散爐系統(tǒng)30-31
• 4.1.3 等離子去邊設(shè)備31-32
• 4.2 表征設(shè)備32-37
• 4.2.1 掃描電子顯微鏡32-34
• 4.2.2 反射率測量系統(tǒng)34-36
• 4.2.3 量子效率測量系統(tǒng)36-37
• 本章小結(jié)37-38
• 5 探究不同減反射層對單晶硅電池效率的影響38-47
• 5.1 濕法化學(xué)刻蝕制備金字塔/納米線雙重結(jié)構(gòu)減反射層38-43
• 5.1.1 樣品制備38-39
• 5.1.2 樣品表征39-41
• 5.1.3 對比樣品的制備41
• 5.1.4 對比樣品的表征41-43
• 5.2 基于金字塔/硅納米線結(jié)構(gòu)減反射層制備電池43-46
• 5.2.1 太陽能電池的制備與參數(shù)測量43-44
• 5.2.2 結(jié)果分析與討論44-46
• 本章小結(jié)46-47
• 結(jié)論47-48
• 參考文獻(xiàn)48-51
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況51-52
• 致謝52-53

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