黑硅太陽電池技術(shù)研究.pdf

1、高效率低成本太陽電池技術(shù)是普及光伏發(fā)電的關(guān)鍵的因素。目前光伏市場中，單晶硅電池由于較高的轉(zhuǎn)換效成為主流。過去，人們研發(fā)了多種高效率的單晶硅電池結(jié)構(gòu)，使轉(zhuǎn)換效率達到了較高水平，但高昂的生產(chǎn)成本限制了其在光伏領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用。黑硅的發(fā)現(xiàn)及黑硅電池技術(shù)的發(fā)展，為低成本高效率電池的研發(fā)提供了有效的解決思路。
　　黑硅是對入射光在較寬的波段范圍內(nèi)都有極低反射率的一種硅材料，這使黑硅電池相對普通晶體硅電池可以吸收并利用更多的太陽光，從而可以獲

2、得更高的轉(zhuǎn)換效率。同時由于本身的低反射率特性，黑硅電池不需要制備減反射膜，就大大降低了生產(chǎn)成本?；谶@些特點，黑硅電池成為光伏領(lǐng)域的研究熱點。但是由于特殊的表面納米結(jié)構(gòu)使黑硅電池的載流子復(fù)合遠高于普通單晶硅電池，從而導致目前黑硅電池效率并沒有達到人們的預(yù)期。本文通過對黑硅電池載流子復(fù)合機制及光學特性進行深入的理論分析，提出了新的鈍化工藝，并對整體的電池制備工藝進行優(yōu)化，大幅度提升了黑硅電池的轉(zhuǎn)換效率。本文主要研究內(nèi)容如下:
　　(

3、1)利用銀納米粒子輔助刻蝕方法成功在大尺寸(156×156mm2)單晶硅片表面制備出納米線結(jié)構(gòu)，使表面反射率由11.62％降低至1.86％。研究了刻蝕時間對納米線尺寸及反射率的影響。為了改善納米結(jié)構(gòu)均勻性，我們對刻蝕工藝進行改進:將銀粒子沉積與表面刻蝕過程分步進行，使納米線分布均勻性改善的同時，進一步降低了黑硅樣品的反射率。采用KOH二次腐蝕的方法對納米線結(jié)構(gòu)進行調(diào)制，使納米線長度和間距可以在更大范圍內(nèi)變化，為電池制備過程中工藝調(diào)整提供

4、了更廣泛的選擇空間。
　　(2)利用刻蝕后的黑硅硅片制備了黑硅電池。為了對比黑硅電池性能，同時制備作為參比的普通單晶硅電池。利用準穩(wěn)態(tài)光電導(QSSPC)測試研究了黑硅電池的載流子復(fù)合壽命，并結(jié)合電池發(fā)射極摻雜濃度分布曲線系統(tǒng)分析了載流子復(fù)合機制。通過比較兩種電池的I-V特性、內(nèi)量子效率及電致發(fā)光圖，分析了黑硅電池電學性能較差的原因:嚴重的表面復(fù)合以及發(fā)射極俄歇復(fù)合使其載流子壽命顯著降低，抑制了開路電壓、短路電流及其短波響應(yīng)，最終

5、導致轉(zhuǎn)換效率較低。
　　(3)為解決黑硅電池表面嚴重的載流子復(fù)合問題，我們嘗試采用了不同的鈍化方案:采用高溫熱氧化鈍化制備黑硅電池，并分析了不同鈍化溫度對電池性能的影響;為了能抑制高溫使電池產(chǎn)生的熱缺陷，首次將高壓熱氧化鈍化的方法運用于大尺寸黑硅電池;我們通過制備SiO2/SiNx∶H疊層鈍化膜，利用具有較低界面態(tài)密度的Si-SiO2界面抑制了表面復(fù)合速率，改善了黑硅電池的短波IQE，并且利用SiNx∶H中H的鈍化作用抑制發(fā)射極表

6、面及體復(fù)合，使轉(zhuǎn)換效率達到17.1％。為了簡化工藝，并節(jié)約成本，我們采用熱氧化的方法對黑硅電池進行鈍化。
　　(4)我們針對每一步黑硅電池制備工藝進行優(yōu)化，使電池效率穩(wěn)步提升:優(yōu)化擴散工藝，尋求表面低摻雜濃度與減小接觸電阻最佳工藝;調(diào)整納米線的尺寸，在反射率和表面載流子復(fù)合之間尋求最佳平衡工作點;增大柵線密度同時保證較小遮擋面積和串聯(lián)電阻，盡量減小載流子在發(fā)射極高復(fù)合區(qū)的輸運距離;改進黑硅刻蝕工藝;對黑硅電池發(fā)射極使用TMAH溶液