硅基太陽能電池表面減反射結(jié)構(gòu)的制備與表征

【摘要】：隨著傳統(tǒng)化石能源的日益緊缺及其對(duì)生態(tài)環(huán)境的嚴(yán)重破壞,人們迫切需要一種對(duì)環(huán)境友好的清潔可再生能源。而太陽能電池直接將光能轉(zhuǎn)化成電能,清潔無污染,其研發(fā)對(duì)改善生態(tài)環(huán)境、促進(jìn)低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要意義。因此,本論文針對(duì)當(dāng)前太陽能電池的低效率問題,設(shè)計(jì)制備硅太陽能電池表面減反射結(jié)構(gòu)以減少效率損失,為新一代高效太陽能電池的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。 開展硅太陽能電池表面減反射結(jié)構(gòu)研究,采用貴金屬輔助化學(xué)刻蝕的方法,設(shè)計(jì)制備硅表面納米結(jié)構(gòu)。在深入研究貴金屬粒子催化機(jī)理及硅表面納米結(jié)構(gòu)的減反射機(jī)理的基礎(chǔ)上,通過離子濺射及銀鏡反應(yīng)在硅表面沉積納米銀粒子后,再利用其催化性能實(shí)現(xiàn)硅的酸刻蝕;另外,采用單步全溶液法直接實(shí)現(xiàn)硅的酸刻蝕。制備了硅表面的納米結(jié)構(gòu)—多孔結(jié)構(gòu)、納米簇結(jié)構(gòu)及納米線結(jié)構(gòu),并對(duì)納米結(jié)構(gòu)的反射光譜進(jìn)行測(cè)試,研究分析其減反射性能。 一方面,研究了不同的沉積工藝條件對(duì)硅表面納米銀粒子的形貌及分布規(guī)律的影響,掌握了硅表面納米銀粒子的可控沉積工藝;另一方面,在納米銀粒子的催化作用下,通過改變納米銀粒子的形態(tài)結(jié)構(gòu)、酸性刻蝕液的成分及刻蝕時(shí)間等參數(shù)對(duì)硅襯底進(jìn)行刻蝕,獲得這些參數(shù)對(duì)硅表面刻蝕形貌的影響規(guī)律;最后,從貴金屬輔助刻蝕的機(jī)理著手,深入分析了硅表面微結(jié)構(gòu)的形成機(jī)制。 制備的納米結(jié)構(gòu)在300～1000 nm光譜范圍內(nèi)的平均反射率可降至2%。由于其結(jié)構(gòu)尺寸小,不但能有效減小表面載流子的復(fù)合,同時(shí)不會(huì)影響太陽能電池的后續(xù)制作工藝。我們創(chuàng)新性地采用銀鏡反應(yīng)實(shí)現(xiàn)了硅表面不同形態(tài)的納米銀粒子的沉積,并通過刻蝕得到了不同的硅納米結(jié)構(gòu)。而單步全溶液法,由于成本低、可操作性強(qiáng),刻蝕后的減反射效果(4%)明顯低于傳統(tǒng)的堿刻蝕(11%),非常有希望取代目前工業(yè)生產(chǎn)中的堿刻蝕表面制絨方法。 【關(guān)鍵詞】：硅太陽能電池 減反射 納米銀粒子 納米結(jié)構(gòu) 金屬輔助刻蝕
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號(hào)】：TM914.41
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-25
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 太陽能電池的研究現(xiàn)狀11-14
• 1.2.1 太陽能11
• 1.2.2 太陽光譜11-12
• 1.2.3 光伏發(fā)電歷史及現(xiàn)狀12-13
• 1.2.4 太陽能電池的種類13-14
• 1.3 太陽能電池的基本原理14-16
• 1.3.1 硅及其基本性質(zhì)14-15
• 1.3.2 硅太陽能電池的原理15-16
• 1.4 太陽能電池的減反射層16-24
• 1.4.1 太陽能電池效率的損失16-19
• 1.4.2 濕法堿性刻蝕19-20
• 1.4.3 濕法酸性刻蝕20-24
• 1.5 主要研究?jī)?nèi)容24-25
• 第2章 實(shí)驗(yàn)材料與方法25-31
• 2.1 制備工藝技術(shù)與理論依據(jù)25-27
• 2.1.1 表面減反射結(jié)構(gòu)的現(xiàn)有制備工藝25-26
• 2.1.2 硅表面微結(jié)構(gòu)減反射特性的理論依據(jù)26-27
• 2.2 實(shí)驗(yàn)方法27-29
• 2.2.1 硅片的切割和預(yù)處理27
• 2.2.2 納米銀粒子的制備27-28
• 2.2.3 離子濺射沉積納米銀粒子后輔助硅酸刻蝕28
• 2.2.4 銀鏡反應(yīng)沉積納米銀粒子后輔助硅酸刻蝕28-29
• 2.2.5 單步法刻蝕29
• 2.3 實(shí)驗(yàn)試劑儀器設(shè)備29-31
• 2.3.1 實(shí)驗(yàn)試劑29-30
• 2.3.2 實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備30-31
• 第3章 離子濺射沉積納米銀粒子及其輔助酸刻蝕31-40
• 3.1 引言31
• 3.2 納米銀粒子的表面形貌31-32
• 3.3 多孔硅的制備32-34
• 3.4 多孔金字塔結(jié)構(gòu)的制備34-37
• 3.4.1 硅的堿刻蝕34-35
• 3.4.2 金字塔結(jié)構(gòu)上的酸刻蝕35-37
• 3.5 硅表面微結(jié)構(gòu)的減反射效果37-39
• 3.5.1 多孔結(jié)構(gòu)的減反射效果分析37-38
• 3.5.2 多孔金字塔結(jié)構(gòu)的減反射效果分析38-39
• 3.6 本章小結(jié)39-40
• 第4章 銀鏡反應(yīng)沉積銀粒子及其輔助酸刻蝕40-52
• 4.1 引言40
• 4.2 銀鏡反應(yīng)制備納米銀粒子40-45
• 4.2.1 單分散納米銀粒子的制備40-43
• 4.2.2 疏松狀納米銀鍍層的制備43-44
• 4.2.3 硅表面納米銀粒子的表面成分分析44-45
• 4.3 酸刻蝕后硅的形貌結(jié)構(gòu)45-49
• 4.3.1 硅表面多孔結(jié)構(gòu)的制備45-47
• 4.3.2 硅納米簇結(jié)構(gòu)的制備47-49
• 4.4 刻蝕后硅的減反射性能49-51
• 4.4.1 多孔硅的減反射性能49-50
• 4.4.2 硅納米簇的減反射性能50-51
• 4.5 本章小結(jié)51-52
• 第5章 單步法酸刻蝕制備硅表面微結(jié)構(gòu)52-64
• 5.1 引言52
• 5.2 刻蝕硅的表面結(jié)構(gòu)52-59
• 5.2.1 反應(yīng)初始階段硅的表面形貌53-54
• 5.2.2 短時(shí)間刻蝕后硅的形貌54-56
• 5.2.3 長(zhǎng)時(shí)間刻蝕后硅的形貌56-57
• 5.2.4 孔徑及孔深隨刻蝕時(shí)間的變化57-58
• 5.2.5 硅納米線的形貌特征58-59
• 5.3 刻蝕后硅的減反射效果分析59-61
• 5.3.1 多孔硅的減反射效果59-61
• 5.3.2 硅納米線的減反射效果61
• 5.4 多孔硅的吸收光譜61-63
• 5.5 本章小結(jié)63-64
• 第6章 微結(jié)構(gòu)的形成機(jī)制及納米銀粒子的增透機(jī)理64-69
• 6.1 引言64
• 6.2 貴金屬輔助化學(xué)刻蝕的機(jī)理分析64-65
• 6.3 硅表面微結(jié)構(gòu)的形成機(jī)制65-67
• 6.4 納米銀粒子的異常增透機(jī)理67-68
• 6.5 本章小結(jié)68-69
• 結(jié)論69-70
• 參考文獻(xiàn)70-78
• 致謝78

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