基于新型微納減反結(jié)構(gòu)的硅基太陽能電池研究.pdf

1、隨著薄膜技術(shù)的進步和微納制造技術(shù)的發(fā)展，可把薄膜技術(shù)、微納制造技術(shù)與硅基太陽能電池結(jié)合，形成新型微納結(jié)構(gòu)的硅基薄膜太陽能電池。
　　近年來，氫化納米晶硅薄膜太陽能電池備受矚目，逐漸成為研究的熱點。通過控制工藝條件，可實現(xiàn)帶隙大小調(diào)節(jié)，從而調(diào)控有效利用光譜的響應(yīng)范圍。論文提出利用納米晶硅薄膜和設(shè)計微納減反結(jié)構(gòu)，研究新型微納減反結(jié)構(gòu)的硅基太陽能電池。通過大量的實驗和仿真研究得到以下結(jié)論:
　　一、通過對納米晶硅薄膜生長機理的研究

2、，經(jīng)過大量的納米晶硅薄膜制備實驗，初步得到了薄膜沉積時硅烷濃度、沉積速率、射頻功率、直流偏壓、襯底溫度、反應(yīng)室壓強對所制備納米晶硅薄膜晶粒的尺寸、以及薄膜光學(xué)帶隙存在的內(nèi)在關(guān)系;通過大量的摻雜實驗，得到了本征納米晶硅摻硼和摻磷時，射頻功率、直流偏壓、襯底溫度、反應(yīng)室壓強等對生成P型納米晶硅薄膜和N型納米晶硅薄膜的性能影響;采用AMPS-1D軟件對薄膜光學(xué)帶隙、前端勢壘高度ΦB0、界面層缺陷態(tài)、本征層厚度和本征層缺陷態(tài)密度進行了仿真，給出

3、了相應(yīng)的仿真參數(shù)，為高性能電池制備工藝的制定提供參考。
　　二、從理論上闡述了微納結(jié)構(gòu)的減反效應(yīng)，并建立了相關(guān)光學(xué)幾何研究模型。采用OptiFDTD.V8.0軟件對納米線或納米孔減反結(jié)構(gòu)進行了仿真，給出了對應(yīng)的納米線或納米孔的寬度、相鄰的間距和深度等優(yōu)化的結(jié)構(gòu)參數(shù)，為制備納米硅線減反層提供理論支撐;通過化學(xué)刻蝕的方法制備并表征了體硅納米線，在采用飛秒激光燒蝕法納米硅薄膜制備薄膜納米線時，需控制飛秒激光的功率不能超過晶相和非晶相的等

4、離子氣化閾值，否則會出現(xiàn)燒蝕擊穿現(xiàn)象。
　　三、探明了納米復(fù)合薄膜減反射的機理。納米金屬粒子對入射光線產(chǎn)生核外電子云，并發(fā)生振蕩，產(chǎn)生局域表面等離子激元，等離子激元與光子相互作用，在適當(dāng)條件下可以產(chǎn)生前散射，進而起到減反射的作用。
　　四、制備出兩種石墨烯復(fù)合薄膜。一是，在石墨烯薄膜上增加TiO2納米顆粒涂層，形成復(fù)合薄膜，其既可以作為電極增加收集載流子能力，又可以作為減反層。二是，在石墨烯薄膜中添加納米銀顆粒，形成Ag/N

5、Ps/RGO復(fù)合薄膜，既可以作為電極，也可以作為減反層。通過對兩種復(fù)合薄膜進行了性能表征，發(fā)現(xiàn)這兩種電極具有優(yōu)異的電學(xué)性能和光學(xué)性能，為制備微納減反結(jié)構(gòu)的納米硅基電池提供依據(jù)。
　　五、制備出兩種新型微納減反結(jié)構(gòu)的硅基太陽能電池:硅納米線微納減反結(jié)構(gòu)電池和基于石墨烯復(fù)合薄膜的納米硅基漸變帶隙電池。其中，石墨烯復(fù)合薄膜的納米硅基漸變帶隙電池，因采用兩種不同結(jié)構(gòu)的石墨烯復(fù)合薄膜作為減反層，從而形成了不同結(jié)構(gòu)的納米硅基漸變帶隙薄膜電池:

6、采用二氧化鈦為減反層的漸變帶隙電池和采用石墨烯中沉積納米銀顆粒為減反層的漸變帶隙電池。以二氧化鈦復(fù)合薄膜為減反層的電池效率為4.97％左右，以納米銀顆粒復(fù)合薄膜為減反層的電池效率為4.59％，高于沒有采用減反層的“基體”電池效率2.82％。分析了影響這些電池效率的主要因素:在沉積納米硅薄膜時，薄膜沉積的表面不是很平整，導(dǎo)致在涂石墨烯復(fù)合薄膜時，難以做到石墨烯與硅薄膜表面很好結(jié)合，影響了載流子的收集，降低了短路電流和開路電壓，其填充因子也