太阳能电池前电极的制备及表征

【摘要】：世界人口的快速增长，能源的日益枯竭以及环境污染成为20世纪以来人类面临的三大难题，因此人们对能源尤其是以清洁著称的新能源的开发利用有了很大的需求。太阳能以其广泛性、清洁性以及丰富性吸引了众多研究者的目光。太阳能电池是将太阳能转换为电能的一种器件，它的工作原理是利用p-n结的光电效应。一个理想的太阳能电池其转换效率是与材料本身的特性以及p-n结的掺杂浓度和电池的结构等因素有关。对于实际的电池来说，除了上述因素以外还要考虑结区漏电流和由于材料本身、电极等引起的串联电阻的影响。串联电阻的影响是实际电池效率低的一个重要因素。选择合适的电极材料和电极结构不仅能够提高电池的转换效率，还能够降低电池的成本。 采用电化学方法制备镍铜电极作为晶硅太阳能电池的前电极以替换常规的银电极，采用SEM和XRD分别对镍中间层以及镍铜电极层进行表征。研究表明电沉积方法能很好的沉积镍中间层，在500℃的条件下烧结后镍中间层会和硅基体发生反应生成硅化镍。而由于沉积的镍层表面不平整，在沉积铜电极层时，铜电极层不能够紧密的排布在镍层表面。因此，在烧结后有少量的铜层脱落，致使铜层不能很好的覆盖在镍层表面。同时，铜层在烧结后会扩散进入硅中形成硅化铜，污染硅片。 稀土作为一种添加剂能很好的改善镍镀层性能，本文分别采用镧、铈和铒作为添加剂制备镍中间层。对不同稀土添加剂制备的镍中间层的性能进行分析，并与未添加稀土制备的镍中间层进行对比。结果表明：加入稀土元素铈作为添加剂时，镍中间层与硅基体的附着力有明显的增加，镍中间层的表面也更加平整，孔隙率和方块电阻有所降低。因此，铈更适合作为电化学制备镍中间层的添加剂。 使用电化学方法制备铜电极，探讨了稀土铈制备的镍中间层对铜电极的影响。SEM和XRD分析表明，未加稀土制备的镍/铜电极疏松，未形成致密的铜电极层，在烧结后有硅化铜生成，表明镍中间层不能够作为阻挡层阻挡铜电极的扩散。加入稀土铈制备的镍/铜电极层较致密，在烧结后没有硅化铜生成，表明较致密的镍中间层能很好的阻挡铜电极扩散进入基体。烧结后，加稀土铈制备的镍/铜电极层和未加稀土铈制备的镍/铜层的方块电阻分别为6.83×10~(-3)/□和1.28×10~(-2)/□。加入稀土铈添加剂后，镍/铜电极的方块电阻降低为原来的一半。 【关键词】：太阳能电池 前电极 稀土 镍/铜电极
【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-27
• 1.1 太阳能10-13
• 1.1.1 太阳能的特点10-11
• 1.1.2 太阳能研究简史11
• 1.1.3 太阳能的应用11-12
• 1.1.4 中国太阳能的分布12-13
• 1.2 太阳能电池的发电原理及表征参数13-17
• 1.2.1 光生伏特效应13-14
• 1.2.2 太阳能电池的表征参数14-15
• 1.2.3 p-n 结太阳能电池的能量损耗机制15-16
• 1.2.4 太阳能电池的转换效率16-17
• 1.3 太阳能电池的分类以及应用前景17-23
• 1.3.1 太阳能电池的分类[13]17-19
• 1.3.2 太阳能电池的未来展望19-21
• 1.3.3 太阳能电池的应用前景21-23
• 1.4 晶硅太阳能电池前电极的制备23-25
• 1.5 本文研究的目的和意义25
• 1.6 本文研究内容以及技术路线25-27
• 1.6.1 本文的研究内容25
• 1.6.2 本文的主要技术路线25-27
• 第2章 太阳能前电极性能测试原理与方法27-31
• 2.1 四探针法测量薄层电阻（方阻）27-28
• 2.2 Ｘ射线衍射法（ＸＲＤ）物相分析28-29
• 2.3 扫描电子显微镜（SEM）形貌分析29-31
• 第3章 太阳能电池前电极中间层的电化学制备31-38
• 3.1 引言31
• 3.2 实验31-34
• 3.2.1 实验药品与仪器31-32
• 3.2.2 实验过程32-34
• 3.3 实验结果与分析34-37
• 3.3.1 镍中间层表面形貌分析34-35
• 3.3.2 镍中间层的物相分析35
• 3.3.3 铜电极层表面形貌分析35-36
• 3.3.4 铜电极层的物相分析36-37
• 3.4 本章小结37-38
• 第4章 稀土元素对电化学制备镍中间层性能的影响38-47
• 4.1 引言38
• 4.2 镍中间层的形貌分析38-42
• 4.3 镍中间层的物相分析42-43
• 4.4 镍中间层孔隙率的分析43-45
• 4.5 镍中间层的电阻表征45-46
• 4.6 本章小结46-47
• 第5章 太阳能电池铜电极的制备47-52
• 5.1 引言47
• 5.2 实验47
• 5.3 结果与讨论47-51
• 5.3.1 表面形貌分析47-48
• 5.3.2 物相分析48-50
• 5.3.3 镍/铜电极的电阻性能50-51
• 5.4 本章小结51-52
• 结论52-53
• 致谢53-54
• 参考文献54-57
• 攻读学位期间取得学术成果57

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