硅太阳能电池中深能级的研究

【摘要】：硅太阳能电池发展至今,其制造成本相对比较低廉,制备工艺也已经趋于完善和成熟。并且,硅太阳能电池不仅具有晶体硅材料长寿命和高转换效率的特性,还具备非晶硅薄膜材料那样简化的制备工艺等优点。因此,硅太阳能电池已经成为了新一代太阳能电池发展的主流方向之一。但是,硅太阳能电池的性能却是严重受到半导体材料中深能级缺陷中心行为的影响。 由于有害的杂质或晶体缺陷能级会在半导体材料的禁带中产生深能级缺陷中心,进而会影响半导体材料的特性。因此,我们研究深能级缺陷能级中心的本质特性和掌握其在半导体材料中的生长、加工以及控制其在电池制造过程中的掺杂浓度,是对提高太阳能电池的成品率具有非常重要的意义。而本文中我们利用的深能级瞬态(DLTS)测试技术,是现在研究半导体材料中深能级最为传统、简便和有效的测试手段之一。 本文利用Booton7200快速电容计、温度控制“冷井”装置和Tektronix DPO7104C数字荧光示波器等仪器设计搭建出基本DLTS测试系统。并利用该系统,测量出多晶硅太阳能电池的C-T曲线。经过多次计算与处理,我们得到,当样品电池两端施加反向偏压为-400mV,并且温度T大约在130K、164K、226K和271K时出现了4个明显峰值的DLTS谱,而且在测试过程中样品两端施加的反向偏压大小不同,得出的DLTS谱强度也是不同的,我们得到样品的临界填充脉冲电压为-200mV。通过程序“率窗”选择器的不断地改变选定的“率窗”t1、t2并分析计算处理得到的DLTS谱线,我们给出了多晶硅太阳能电池中相关深能级缺陷的Arrehnius直线图(也可称为阿氏关系图),进而检测出多晶硅太阳能电池的深能级中杂质能级的能级位置和俘获截面等相关信息。 【关键词】：硅太阳能电池 深能级瞬态谱 深能级陷阱中心 瞬态电容
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM914.41
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 引言8-9
• 1 硅太阳能电池的发展9-15
• 1.1 早期硅太阳能电池9-11
• 1.2 空间太阳能电池11
• 1.3 紫电池11-12
• 1.4 黑电池12-13
• 1.5 顶层表面钝化太阳能电池13-15
• 2 硅太阳能电池基础理论15-25
• 2.1 硅太阳能电池的工作原理15-17
• 2.1.1 太阳光谱的特性与硅太阳能电池中载流子的产生与复合15-16
• 2.1.2 硅太阳能电池的性能描述16-17
• 2.2 硅太阳能电池的制造方法17-19
• 2.2.1 硅片的制造17-18
• 2.2.2 硅太阳能电池的制造方法18-19
• 2.3 硅太阳能电池的基础特性19-21
• 2.3.1 光灵敏度与量子效率19-20
• 2.3.2 太阳能电池的等效电路20-21
• 2.3.3 温度特性21
• 2.4 硅太阳能电池的应用21-25
• 2.4.1 住宅用光伏发电系统的硅太阳能电池组件21-22
• 2.4.2 大型光伏发电系统设置组件22-23
• 2.4.3 聚光型太阳能电池23-24
• 2.4.4 航天太阳能电池24-25
• 3 深能级瞬态谱(DLTS)测试技术25-41
• 3.1 深能级瞬态谱测试的理论基础25-33
• 3.1.1 陷阱中心25-26
• 3.1.2 陷阱中心对自由载流子的影响26-28
• 3.1.3 瞬态电容28-32
• 3.1.4 实际与讨论32-33
• 3.2 Boxcar技术33-36
• 3.3 电荷型深能级瞬态谱技术(QDLTS)36-39
• 3.4 DLTS测试样品的制备39-41
• 3.4.1 欧姆接触40
• 3.4.2 肖特基接触40-41
• 4 实验测试与数据分析41-54
• 4.1 实验室搭建DLTS测试系统41-46
• 4.1.1 实验设备41-44
• 4.1.2 DLTS测试系统44-46
• 4.2 多晶硅太阳能电池的DLTS检测46-50
• 4.2.1 温度扫描下的C-t曲线46-48
• 4.2.2 DLTS曲线图48-50
• 4.3 多晶硅太阳能电池的DLTS数据处理与信号分析50-54
• 4.3.1 陷阱中心的俘获截面与能级位置50-51
• 4.3.2 陷阱中心的深度分布51-52
• 4.3.3 电场效应52-53
• 4.3.4 德拜效应53-54
• 结论54-55
• 参考文献55-58
• 附录A “率窗”选择器程序58-60
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情情况60-61
• 致谢61-62

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