硅太陽能電池中擊穿機制的研究

【摘要】：多晶硅太陽能電池以其較低的成本和成熟的制備工藝已經(jīng)在太陽能電池發(fā)電中占據(jù)越來越重要的位置。但由于多晶硅制作工藝、自身晶化率等原因在制造的太陽能電池中引入了很多缺陷態(tài)、位錯、晶界等等,使得多晶硅太陽能電池的存在反向擊穿電壓過低,電池可靠性低等問題。 當太陽能電池板中的某一位置被遮擋時,由于同一陣列其它電池的作用,被遮擋位置能夠形成一個超過-13V的反向偏壓。如果這個電壓產(chǎn)生的反向電流足夠大,其產(chǎn)生的熱量就可以毀壞電池甚至整個電池板。因此,多晶硅電池的電學(xué)擊穿特性就成為了與之相關(guān)的科學(xué)問題,它限定了電池板中一列太陽能電池的數(shù)量。對于理想的網(wǎng)狀摻雜n+—p二極管來說,當摻雜濃度p≈1016cm-3時其反向擊穿電壓不應(yīng)低于50V,但是現(xiàn)在很多的多晶硅太陽能電池經(jīng)常在低于13V的反向偏壓下就發(fā)生擊穿。為了避免這種現(xiàn)象提高電池的穩(wěn)定性及壽命,研究并透徹理解多晶硅太陽能電池的反向擊穿機制就變得很有必要。電致發(fā)光(EL)被證明在分析多晶硅太陽能電池電學(xué)特性上具有良好的空間分辨率,在施加不同的正反向偏壓時可以觀測到不同的發(fā)光圖像。 本文對同一電池片施加不同反向偏壓時,我們通過電致發(fā)光(EL)圖像分辨不同的發(fā)光類型及位置,并對不同的發(fā)光位置進行變溫I-V測量。通過分析反向I-V-T的關(guān)系確定了-8V至-12V電壓區(qū)間下的發(fā)光主要由電子由P區(qū)遂穿到N區(qū)并與空穴復(fù)合造成；通過分析正向的I-V-T的關(guān)系確定了隧道擊穿的類型主要是界面缺陷誘導(dǎo)遂穿,并且解釋了不同電壓下電致發(fā)光(EL)亮暗不同的原因。為進一步驗證我們的結(jié)論,我們對不同亮暗位置進行開爾文探針(SPV)測量,通過分析禁帶寬度和表面電勢差改變量的不同得到了與變溫I-V相同的實驗結(jié)論。 在本文最后我們同樣利用電致發(fā)光(EL)方法對單晶硅電池也做了初步的分析,并對其中的問題進行了簡略的闡述。 【關(guān)鍵詞】：太陽能電池 擊穿電壓 隧道擊穿 缺陷位置
【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】：2012
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 太陽能電池簡介8-16
• 1.1 太陽能電池發(fā)展前景8-10
• 1.2 太陽能電池的工作原理及構(gòu)造10-12
• 1.2.1 太陽能電池的工作原理10-12
• 1.2.2 太陽能電池的構(gòu)造12
• 1.3 太陽能電池的種類12-13
• 1.4 太陽能電池的發(fā)展進程13-16
• 1.4.1 第一代太陽能電池13-14
• 1.4.2 第二代太陽能電池14
• 1.4.3 第三代太陽能電池14-16
• 2 太陽能電池反向擊穿機制的研究背景16-26
• 2.1 擊穿機制概述17-20
• 2.2 擊穿機制研究20-26
• 2.2.1 早期擊穿20-21
• 2.2.2 缺陷誘導(dǎo)擊穿21-24
• 2.2.3 雪崩擊穿24-26
• 3 實驗設(shè)備及表征方法26-33
• 3.1 電致發(fā)光圖像(EL image)26-27
• 3.2 變溫I-V測試系統(tǒng)27-29
• 3.3 開爾文探針測試系統(tǒng)29-33
• 3.3.1 表面光伏發(fā)展歷史29-30
• 3.3.2 表面光伏基本理論30-33
• 4 數(shù)據(jù)分析與討論33-42
• 4.1 多晶硅太陽能電池擊穿研究33-39
• 4.1.1 擊穿位置及類型的判定34-36
• 4.1.2 暗態(tài)J-V-T特性36-38
• 4.1.3 表面光伏測量38-39
• 4.2 單晶硅太陽能電致發(fā)光研究39-42
• 結(jié)論42-44
• 參考文獻44-48
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況48-49
• 致謝49-50

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