CdS薄膜和HIT太阳能电池的制备及特性研究

【摘要】：在严峻的能源形势和生态环境不断恶化的情况下,改变现有能源结构,发展可持续的绿色能源已然成为世界各国极为关注的课题。太阳能电池作为一种清洁的新能源已经得到了很大的发展。CdS/CdTe薄膜太阳能电池由于其转换效率高、电池性能稳定、制备方法简单等诸多优点已经受到光伏界的广泛重视。CdS薄膜也作为铜铟镓硒薄膜太阳能电池的窗口层材料,对于改善pn结质量和电池性能具有重要作用。此外带有本征薄层硅异质结(HIT)太阳能电池由于高效率,低成本也引起了国内外的广泛关注,目前最高效率(24%)的H1T电池由日本Sanyo公司所制备,并在该领域拥有领先优势。 本论文分为两部分,第一部分包括CdS薄膜的化学水浴法制备及其特性研究。第二部分研究了HIT太阳能电池的a-Si:H/c-Si异质结界面钝化、ITO透明导电薄膜以及HIT太阳能电池的制备工艺。 CdS薄膜作为一种Ⅱ-Ⅵ族n型半导体材料,是CuInGaSe和CuInSe薄膜电池窗口层的最佳选择。其薄膜质量的好坏直接影响电池的光电转换效率和电池的稳定性及使用寿命。本文通过在碱性化学浴中制备CdS薄膜,研究不同水浴温度和沉积时间对CdS薄膜的性能影响。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、紫外可见近红外光谱仪(UV-VIS-NIR)、霍尔效应测试仪和台阶仪对CdS薄膜的结构、表面形貌、光学以及电学性能进行了研究,得到以下结果：CdS薄膜的结晶具有很强的择优取向性,在不同温度下制备的CdS薄膜其透过率均在75%以上,并且透过率随温度变化而有所改变,70℃条件下沉积的薄膜具有最好的表面形貌,不同温度沉积的薄膜光学带隙在2.34eV-2.48eV范围内,随温度升高出现先增大后减小的趋势。 第二部分研究了不同方法对HIT电池异质结界面钝化的影响和电池用透明导电电极的制备及工艺优化。通过改变氢稀释度沉积本征氢化非晶硅层、改变氢等离子体处理硅片时间以及改变HF处理硅片时间来分别研究它们对HIT太阳能电池性能的影响；接下来研究了不同压强和功率对于制备1TO透明导电薄膜的影响,对所沉积薄膜进行光学及电学性能测试,并对工艺参数进行了优化。得出结论如下：制备电池最优的氢气流量为60sccm,氢等离子体处理时间为200s,浓度为2%的HF处理时间为40s；最佳ITO薄膜溅射功率为70W,溅射压强为2mTorr,在此条件下制备薄膜具有高的透过率和优良的电学性能,HIT电池转换效率为9.6%。 【关键词】：CdS薄膜 化学浴沉积 HIT电池 ITO透明导电薄膜 硅表面钝化
【学位授予单位】：陕西师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 绪论8-24
• 1.1 太阳能电池简介9-12
• 1.1.1 太阳能电池发展历史9
• 1.1.2 太阳能光伏发电原理9-10
• 1.1.3 太阳能电池效率提高方法10-12
• 1.2 CdS薄膜半导体材料12-14
• 1.2.1 CdS薄膜的研究现状12-13
• 1.2.2 CdS薄膜的制备方法13
• 1.2.3 CdS薄膜的应用前景13-14
• 1.3 HIT电池14-21
• 1.3.1 HIT太阳电池结构14-15
• 1.3.2 HIT太阳电池工作原理15-16
• 1.3.3 HIT电池的显著特点16-17
• 1.3.4 HIT电池的研究现状17-18
• 1.3.5 HIT太阳能电池的主要性能指标18-19
• 1.3.6 HIT太阳电池的等效电路19-21
• 1.4 本论文研究内容21-24
• 第2章 CdS薄膜、HIT电池的制备及研究24-38
• 2.1 CdS薄膜的制备24-27
• 2.1.1 实验装置24
• 2.1.2 实验原理24-25
• 2.1.3 反应微观机制25-26
• 2.1.4 实验过程26-27
• 2.2 HIT电池的制备27-31
• 2.2.1 实验设备27-29
• 2.2.2 硅片的清洗29-30
• 2.2.3 HIT电池的制备工艺流程30-31
• 2.3 表征方法及检测设备31-38
• 2.3.1 X射线衍射31-32
• 2.3.2 扫描电子显微镜32-33
• 2.3.3 原子力显微镜33-34
• 2.3.4 台阶仪34
• 2.3.5 紫外可见近红外分光光度计34-35
• 2.3.6 霍尔效应测试仪35
• 2.3.7 表征设备35-38
• 第3章 化学浴制备CdS薄膜及结果分析38-48
• 3.1 反应时间对薄膜厚度的影响38-39
• 3.2 CdS薄膜的结构表征39-40
• 3.3 CdS薄膜的表面形貌40-43
• 3.4 CdS薄膜的光学性能43-45
• 3.5 CdS薄膜的电学性能45
• 3.6 本章小结45-48
• 第4章 HIT太阳电池的制备工艺研究48-54
• 4.1 本征层氢稀释度对电池性能的影响48-49
• 4.2 氢等离子体处理时间对电池性能的影响49-51
• 4.3 不同HF处理时间对电池性能的影响51-53
• 4.4 电池制备工艺小结53-54
• 第5章 ITO透明导电薄膜的制备工艺研究54-64
• 5.1 引言54
• 5.2 磁控溅射原理54-55
• 5.3 ITO薄膜的制备及性能表征55-62
• 5.3.1 溅射功率对薄膜光电性能的影响55-59
• 5.3.2 沉积压强对薄膜光电性能的影响59-62
• 5.4 本章小结62-64
• 第6章 总结64-66
• 参考文献66-70
• 致谢70-72
• 攻读硕士学位期间的研究成果72

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