光伏器件中表面及界面特性的研究

【摘要】：半导体器件的性能除了与构成器件的材料有关外,还主要受到器件表面和界面性质的影响。而光伏器件作为典型的半导体器件,其性能不仅与表面及界面处的载流子运动有关,而且与表面及界面处的光学特性也有较大关系。光伏器件表面及界面的研究对优化器件结构、提高器件效率具有重要意义。因此我们做了如下工作： 针对于表面,本文采用高压氧化技术在纳米硅太阳能电池表面制备出了一层致密的钝化膜。高压氧化技术通过高压来补偿温度,在450℃且不破坏器件原型结构的情况下制备出一层质量较好的钝化层。在与未经过表面钝化处理及普通高温氧化钝化处理的样品进行了对比时,我们通过电流-电压(I-V)和量子效率等测试手段发现高压氧化表面处理技术可以有效的降低复合效应,使器件的外量子效率在波长350-700nm范围内明显提高,并把纳米硅太阳能电池的转换效率提高到12.22%。另外,我们还把高压技术应用到退火过程中。本文以InN薄膜为样品,在不同条件下对样品进行表面退火处理,并运用Kelvin探针对其表面功函数进行表征。发现不同的退火条件可以使InN薄膜表面功函数从4.8eV提高到5.2eV。 针对于界面,本文分别在纳米硅衬底和平面硅衬底上制备了异质结器件,并通过对比它们之间电学性能的差异,探索了界面对器件性能的影响。在电流-电压(I-V)测试过程中我们发现具有不同界面形貌的异质结器件开路电压相差较大。为了进一步探究其原因,我们引入阻抗谱(IS)测试,并通过建立等效电路对器件进行拟合。拟合过程中我们发现不同器件参数间有着较大的不同,这一差异是由界面处的缺陷态和寄生效应引起的。为了进一步探索界面信息,我们还做了瞬态光伏谱(TPV)测试,并由此得到了不同器件的有效寿命,进一步证明了缺陷态和寄生效应对器件性能的影响。 【关键词】：复合效应 表面钝化 表面热退火 纳米界面 缺陷态
【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
• Abstract5-9
• 引言9-12
• 1 光伏器件的表面及界面12-19
• 1.1 光伏电池的工作原理12-13
• 1.2 光伏器件中的表面及界面复合过程13-16
• 1.3 复合对光伏器件性能的影响16
• 1.4 表面及界面处理对光伏器件性能的优化16-19
• 2 光伏器件表面及界面表征方法介绍19-24
• 2.1 扫描电子显微镜(SEM)19
• 2.2 反射谱测试19-20
• 2.3 量子效率测试20
• 2.4 Kelvin探针技术20-21
• 2.5 阻抗谱测试21-23
• 2.6 瞬态光伏谱测试23-24
• 3 光伏器件表面钝化及退火处理24-36
• 3.1 高压热氧化法SiO_2钝化层的生长机理24-25
• 3.2 带有SiO_2钝化层的纳米硅电池制备25-26
• 3.3 表面钝化处理后的光电性能表征26-31
• 3.3.1 表面形貌(SEM)测试26-28
• 3.3.2 反射率测试28
• 3.3.3 电流-电压(Ⅰ-Ⅴ)测试28-30
• 3.3.4 量子效率测试30-31
• 3.4 高压退火技术的应用31-35
• 3.4.1 Kelvin探针表征表面功函数变化32-33
• 3.4.2 能带图分析33-35
• 3.5 本章小结35-36
• 4 光伏异质结器件界面的研究36-49
• 4.1 光伏异质结的制备36-37
• 4.2 电流-电压(Ⅰ-Ⅴ)测试37-38
• 4.3 阻抗谱测试38-46
• 4.3.1 几种常见的阻抗等效电路38-40
• 4.3.2 阻抗谱测试结果40-44
• 4.3.3 等效电路拟合分析44-46
• 4.4 瞬态光伏谱测试46-48
• 4.5 本章小结48-49
• 结论49-50
• 参考文献50-54
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况54-55
• 致谢55-56

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