黑硅太阳能电池制备与表面钝化的研究

【摘要】：对于太阳能电池,日常生活中已不再陌生,而太阳能电池中,硅基太阳能电池更是被广泛关注。目前,提高硅基太阳能电池的转换效率成为其发展的首要目标。本文中,我们使用了黑硅制备以及表面钝化的方法来提高太阳能电池的转换效率。黑硅的制备是一种不使用减反膜就可以降低入射光反射率的方法,其具有成本低的优点。同时,我们使用表面钝化的方法降低材料表面复合率,从而提高太阳能电池的转化效率。 黑硅制备对于硅基太阳能电池很有意义,我们通过银纳米粒子辅助刻蚀制备了黑硅,并在此基础上制备了黑硅太阳能电池,黑硅的制备降低了入射光的反射率使得太阳能电池对入射光的吸收率有很大的提高,在波长为350nm到1100nm的范围内,黑硅纳米结构硅片的反射率明显低于金字塔制绒硅片。同时,为了调控黑硅纳米线的结构,我们采用的KOH溶液再刻蚀法,即对已刻蚀成纳米结构的硅片,用KOH溶液进行再刻蚀,使得纳米线长度更短,直径更小。实验可知,经过KOH溶液再刻蚀的硅片制成的黑硅太阳能电池与普通的黑硅太阳能电池相比,反射率变高,但由于表面积的减小使得表面复合速率降低,最终测得的转化效率要高于普通的黑硅太阳能电池。经过KOH溶液处理的黑硅片制成的太阳能电池的转换效率为16.8%而普通黑硅太阳能电池的效率为16.5%。 黑硅的制备使得入射光的反射率降低从而提高了太阳能电池的转换效率,但同时由于表面积的增大使得表面复合率增高,所以我们采用了表面钝化的方法来降低表面复合率。在对于太阳能电池表面钝化的研究中,我们使用了不同材料对其进行表面钝化,进而分析不同钝化膜对于黑硅太阳能电池的影响。由实验可知,没有经过钝化处理的黑硅太阳能电池的转换效率是12.9%。经过SiO2和SiNx:H的钝化处理,黑硅太阳能电池的转换效率分别提高到16.0%和16.4%。相较于长有单层钝化膜的黑硅太阳能电池,经过SiO2/SiNx:H叠层钝化处理的黑硅太阳能电池效率最高达到了16.8%。对于内量子效率的研究表明,SiO2/SiNx:H叠层钝化可降低表面掺杂浓度从而抑制俄歇复合,并且SiNx:H层抑制了黑硅太阳能电池的复合中心复合。 【关键词】：黑硅 太阳能电池 俄歇复合 钝化
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 引言8-10
• 1 太阳能电池表面钝化10-19
• 1.1 表面钝化工艺10-12
• 1.1.1 表面钝化工艺的发展10
• 1.1.2 硅片表面钝化的结构和特性10-12
• 1.2 表面钝化工艺在太阳能电池领域的应用12-16
• 1.2.1 太阳能电池表面钝化12-14
• 1.2.2 太阳能电池表面钝化膜的简介14-16
• 1.3 黑硅太阳能电池表面钝化16-19
• 1.3.1 黑硅太阳能电池16-17
• 1.3.2 黑硅太阳能电池的钝化17-19
• 2 实验表征设备19-26
• 2.1 扫描电子显微镜19-21
• 2.2 准稳态光电导衰减21-22
• 2.3 量子效率测量系统22-23
• 2.4 反射率测量系统23-25
• 2.5 电化学电容电压(ECV)25-26
• 3 黑硅太阳能电池表面调控26-38
• 3.1 纳米结构的制备26-29
• 3.1.1 纳米结构制备方法26
• 3.1.2 纳米结构制备原理26-27
• 3.1.3 纳米结构的形貌及其光学特性27-29
• 3.2 黑硅太阳能电池制备29-30
• 3.3 黑硅太阳能电池的表面调控30-37
• 3.3.1 黑硅纳米线的调控31-32
• 3.3.2 黑硅太阳能电池的表面复合32-35
• 3.3.3 黑硅太阳能电池的内量子效率35-37
• 3.4 本章小结37-38
• 4 黑硅太阳能电池制备与表面钝化38-47
• 4.1 黑硅太阳能电池钝化膜的制备38-43
• 4.1.1 SiO_2钝化膜的制备38-40
• 4.1.2 SiN_x:H钝化膜的制备40-41
• 4.1.3 SiO_2/SiN_x:H叠层钝化膜的制备41-43
• 4.2 不同钝化膜对黑硅太阳能电池的作用43-45
• 4.3 本章小结45-47
• 结论47-48
• 参考文献48-52
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况52-53
• 致谢53-54

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